На тему: Проектирование фундамента под промежуточную опору автодорожного моста
Выполнил ст. гр. 2-МТ-III
Хожагельдыев О. М
Принял преподаватель
Ананьев А.А.
Санкт- Петербург
Исходные данные:
Оценка инженерно-геологических условий, составление заключения о строительных свойствах грунтов основания.
Инженерно-геологические условия оцениваются по физико-механическим характеристикам. Для выявления слоя грунта, пригодного в качестве несущего, производится по заданным нормативным характеристикам определение их расчетных значений для 1 и 2 предельных состояний, а так же вычисление дополнительных величин, позволяющих оценить качество грунта.
Слой №1
Песок мелкий, мощность слоя 10 м
W = 0.23; 
Е = 24 МПа
Слой №2
песок средней крупности, мощность слоя 20 м
W = 0.23; 
Е = 33 МПа
Слой №3
песок крупный, мощность слоя 10 м
W = 0.23; 
Е = 35МПа
Определение расчетных прочностных параметров для расчета по первому предельному состоянию (по несущей способности).
1) Сцепление:
2) Угол внутреннего трения:
Определение расчетных прочностных параметров для расчета по второму предельному состоянию (по деформации).
1) Сцепление:
2) Угол внутреннего трения:
Согласно СНиП «Мосты и трубы» значение удельного веса грунта выше подошвы фундамента принимаем 19,62 кН/м3.
Вычислим дополнительные физические характеристики по заданным.
1) Удельный вес скелета грунта:
gd I = gI / (1 + WI) = 19.0 / (1 + 0.23) = 15.45 кН/м3
gd II = gII / (1 + WII) = 19.0 / (1 + 0.23) = 15.45 кН/м3
gd III = g III/ (1 + WIII) = 20.5 / (1 + 0.23) = 16.67 кН/м3
2) Коэффициент пористости:
e I = (gs I - gd I) / gd I = (26.6 – 15.45) / 15.45= 0.722
e II = (gs II - gd II) / gd II = (26.6 – 15.45) / 15.45 = 0.722
e III = (gsIII - gd III) / gd III = (26.5 – 16.67) / 16.67 = 0.590
3) Пористость:
Содержание объема пор в единице объема грунта.
n I = e I / (1 + e I) = 0.722 / (1 + 0.722) = 0.419
n II = e II / (1 + e II) = 0.722 / (1 + 0.722) = 0.419
n III = e III / (1+e III) = 0.590 / (1 + 0.590) = 0.371
4) Удельный вес с учетом взвешивающего действия воды:
gsb I = (1 – n I)(gs I – gw I) = (1 – 0.419)(26.6 – 10) = 9.645кН/м3
gsb II = (1 – n II)(gs II – gw II) = (1 – 0.419)(26.6 – 10) = 9.645 кН/м3
gsb III = (1 – n III)(gsIII – gw III) = (1 – 0.371)(26.5 – 10) = 10.378 кН/м3
5) Число пластичности:
IрI = 0
IpII = 0
IpIII = 0
Показатель текучести
ILI = 0
ILII = 0
ILIII = 0
7) Влажность при полном водонасыщении грунта:
Wsat I= e I * gw I / gs I = 0.722 *10 / 26.6 = 0.271
Wsat II= e II *gw II / gs II = 0.722 *10 / 26.6 = 0.271
Wsat III= e III * gw III / gsIII = 0.590 * 10 / 26.5 = 0.222
8) Степень влажности:
Sr I= WI / Wsat I = 0.23 / 0.271 = 0.848 – грунт насыщен водой
Sr II= WII / Wsat II = 0.23 / 0.271= 0.848 – грунт насыщен водой
Sr III = WIII / Wsat III = 0.23 / 0.222 = 1.036 – грунт насыщен водой
0,8 < Sr – насыщенный водой.
9) Сжимаемость грунта по модулю деформации:
EI = 24 МПа, грунт слабосжимаемый
EII = 33 МПа, грунт слабосжимаемый
EIII = 35 МПа, грунт слабосжимаемый
10) Оценка прочности слоев основания:
По СНиПу «Мосты и трубы» таблица 2 приложение 24 определяем.
Расчетные физико – механические параметры грунтового основания:
| № слоя | Грунт | γII | γSB | φI | φII | cI | cII | E | R | |
| кH/м3 | кH/м3 | кПа | кПа | МПа | кПа | |||||
| Песок мелкий | 19.0 | 9.645 | 
| 
| 
| |||||
| песок средней крупности | 19.0 | 9.645 | 
| 
| - | - | ||||
| песок крупный | 20.5 | 10.378 | 
| 
| - | - | ||||
Оценка качества отдельных слоев грунта основания:
1). Песок мелкий, насыщенный водой, грунт слабосжимаемый – пригоден в качестве естественного основания;
2). песок средней крупности, насыщенный водой, грунт слабосжимаемый – пригоден в качестве естественного основания;
3). песок крупный, насыщенный водой, грунт слабосжимаемый - пригоден в качестве естественного основания;
Проектирование жесткого фундамента мелкого заложения.
К фундаментам мелкого заложения относятся те, соотношения глубины заложения и ширины подошвы которых d/b не превышает 2….2.5, а глубина заложения обычно не превышает 6м. Фундаменты мелкого заложения возводятся в котлованах, открытых на полную глубину с поверхности грунта; при их расчете не учитывается сопротивление по боковым поверхностям. Расчет ведется в соответствии с указаниями СНиП 2.05.03.-84 (с учетом СНиП 2.02.01.-83).
3.1 Определение глубины заложения фундамента.
Глубина заложения d принимается максимальной из условия выполнения следующих параметров:
1. Фундамент должен быть заглублен в несущий слой не менее чем на 0,5м, поскольку, поверхность последнего может быть неровной.
2. При наличии размыва грунта у проектируемой опоры глубина заложения подошвы фундамента должна быть не менее чем на 2,5 м ниже его отметки, а при отсутствии размыва – не менее чем на 1 м ниже поверхности грунта.
3.2. Определение размеров фундамента из конструктивных требований.
Минимальные размеры подошвы фундамента при cy=0.3 м (cy – вылет обреза фундамента за колонну) примем равными:
bmin = B0+ 2Сy =1.2+2*0.3=1.8м.
аmin =A0+2Сy =5.0+2*0.3=5.6м.
Максимальные размеры подошвы фундамента найдем исходя из условия обеспечения
bmax = B0+2hf·tg αп =1.2+2·5.0·0.5774=6.974 м
аmax = A0+2hf·tg αп =5.0+2·5.0·0.5774=10.774м
η= аmax / bmax = 10.774/6.974=1.54
3.3.Определение размеров подошвы фундамента из условий прочности грунта.
а). Находим R – расчетное сопротивление грунта осевому сжатию:
R=1.7{ 
[1+k 
(b-2)]+k 
γ(d-3)},
R при b = bmin, R 
=147 кПа, d=3.0 м, γ=19.62, k =0.08, k =2.5,
R=1.7{147[1+0.08(1.8-2)]+2.5·19.62*(3.0-3)}=245.9 кПа
б). Выбираем максимальную нагрузку:
N 
=8460 кН,
Определим площадь подошвы:
А= 
= 
м 
,
где 
=22.5 кН/м 
- вес материала фундамента и грунта на уступах,
h=4.5 м – расстояние от дна водоёма до подошвы фундамента.
b= 
м – ширина подошвы фундамента,
примем 6.0 м
a=b 
=6.0*1.54=9.26 м – длина подошвы фундамента.
b=6.0< bmax =7.55 м
а=9.26< аmax =11.35 м
3.4. Конструирование фундамента.
Находим ширину уступов 
и их высоту h:
Ширина уступов вдоль оси моста: lx= 0,5(b – bmin) = 0,5(6.6 – 1.8) = 2.4 м
Ширина уступов поперек оси моста: ly= 0,5(a – amin) = 0.5(10.4 – 5.6) = 2.4 м
Высота уступов: hx= lx ·ctg α = 2.4 * 1.963 = 4.711 м.
hy= ly ·ctg α = 2.4*1.963 = 4.711 м.
Устраиваем 3 уступа вдоль оси Х 3 * 0.8м =2.4 м
и 3 уступа вдоль оси Y 3 * 0.8 м = 2.4м
Высоту h 
примем 3 уступа по 1.4 м, h = 3*1.4 м = 4.2 м
Объем фундамента Vф :
Vф =10.4*6.6*1.4+8.8 *5.0*1.4+7.2*3.4*1.4+5.6*1.8*0.8 = 200.03 м3
Вес фундамента с учетом взвешивания Gф :
Gф = 
, где 
=1.1 - коэффициент надежности
Gф =200.03·1.1·(24 - 10) = 3080.49 кН,
Объем грунта на уступах фундамента Vg:
Vg = 10.4*6.6*4.0 – (200.03– 1.8·5.6·1.0) = 274.65 – 190.22 = 84.43 м3
Вес грунта Gg:
Gg = 
Gg =1.2·84.43·9.858= 998.77 кН
3.5. Проверка давлений на грунт по подошве фундамента.
Определение нагрузок в плоскости подошвы:
1). Вдоль моста – основное сочетание
N 
8460 + 3080.49 + 998.77 = 12539.26 кН
520 + 650*5.0=3770 кНм
Вдоль моста – дополнительное сочетание
=7400 + 3080.49 + 998.77 =11479.26 кН
=2100 + 140·5.0= 2800 кНм
2). Поперек моста
=6890 + 3080.49 + 998.77 = 10969.26 кН
=4800 + 950*5.0= 9550 кНм
3). Определим R при b=6.6 м
R=1.7{147[1+0.08(6.6-2)]+2.5·19.62*(3.0-3)}=341.86 кПа
4). Среднее напряжение по подошве фундамента:
Р= 
кПа < 
кПа
5). Max давление по подошве вдоль пролета от основного сочетания
кПа
м 
м
=244.24 кПа < 
кПа – несущая способность основания обеспечена
От дополнительного сочетания:
= 
< 
кПа
От основного поперек моста:
= 
< кПа
Условия прочности грунта под подошвой фундамента выполнены.
3.6. Проверка положения равнодействующей нагрузок.
Положение вертикальной нагрузки относительно подошвы определяется расстояниями 
.
м
Согласно таблице 127 (СНиП «Мосты и трубы») предельно допустимый эксцентриситет не должен быть больше 1.
Условия выполняются 
подошва не имеет отрыва от основания.против сдвига по подошве.
3.7. Расчет осадки.
Осадки определяются от воздействия на фундамент максимальной вертикальной нагрузки, веса фундамента и грунта на его уступах.
Осадку основания определяем методом послойного суммирования (без учета разуплотнения грунта).
Разобъем толщу на слои:
м
Находим среднее давление по подошве от вертикальной нагрузки NII, второй группы предельных состояний из задания:
кН
Находим вес фундамента и грунта на обрезах с коэффициентом надежности γf = 1,0;
Определяем вес фундамента:
кН
Определяем вес грунта:
кН
кН
кПа
Находим вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента:
кПа
Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на границе слоя, расположенного на глубине Z от подошвы фундамента:
,
где γ IIi – удельный вес грунта i-го слоя, h i – толщина i-го слоя грунта.
Дополнительные вертикальные напряжения на глубине z:
Где α – коэффициент, принимаемый по таблице 11 приложения 2 СНиП 2.02.01 – 83, значения коэффициента α для соотношения сторон η=a/b=1.54
определим с помощью интерполяции;
p0 – дополнительное вертикальное давление на основание:
Таким образом, p0 = 157.24 – 31.935 =125.3 кПа
Нижняя граница сжимаемой толщи основания принимается на глубине, где выполняется условие
σzp = 0.2 σzg
Среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i-том слое грунта находится по формуле:
Находим природное напряжение на границе слоев:
кПа 
кПа
кПа 
кПа
кПа 
кПа
кПа 
кПа
кПа 
кПа
кПа 
кПа
кПа
Приведем все вычисления к табличной форме:
| Z | ξ=2z/b | α | σzp | 0.2σzg | σzpi |
| 0.00 | 0.00 | ||||
| 1.30 | 0.39 | ||||
| 2.60 | 0.78 | ||||
| 3.90 | 1.18 | ||||
| 5.20 | 1.57 | ||||
| 6.00 | 1.81 | ||||
| 7.30 | 2.21 | ||||
| 8.60 | 2.60 | ||||
| 9.90 | 3.00 | ||||
| 11.2 | 3.39 | ||||
| 12.5 | 3.78 | ||||
| 13.8 | 4.18 |
Определяем осадку:
Расчет производится согласно СНиП 2.02.01 – 83 исходя из условия:
,
где 
– предельно допустимая осадка
(L – длина наименьшего пролета, примыкающего к опоре);
β – безразмерный коэффициент, равный 0.8;
σzpi – среднее значение дополнительного вертикально напряжения в i – ом слое грунта;
hi – толщина слоя i – ого грунта;
Еi – модуль деформации i – ого грунта;
n – число слоев, на которые разбита сжимаемая толща.
больше 
Вывод: все вышеуказанные условия выполнены, следовательно, фундамент мелкого заложения подобран.
