Основания и фундаменты. ОиФ курсач. Исходные данные для проектирования5

• Название: Исходные данные для проектирования5
• Анкор: Основания и фундаменты
• Дата: 12.03.2022
• Размер: 0.6 Mb.
• Имя файла: ОиФ курсач.docx
• Тип: Анализ; #393946
• страница: 2 из 3

Выбор типа причальной набережной и привязка ее на местности

Тип причальной набережной и ее расположение на местности определяются во многом инженерно-геологическими и гидрологическими условиями площадки строительства.

1. 
   
   
2. 
   
   
   1. 
      Анализ инженерно-геологических условий
      

площадки строительства

Грунтовое основание состоит из трех слоев грунта с согласным характером напластования, включает суглинок полутвердый, супесь мелкозернистую и песок мелкий.

Несущий слой - суглинок полутвердый – относится к прочным грунтам. Для фундамента мелкого заложения наличие прочного грунта в несущем слое предполагает опирание сооружения на естественное основание.

Иное решение - применение свайного фундамента на висячих сваях.

2. 
   Выбор типа причальной набережной
   

В курсовом проекте рассматриваются гравитационные причальные набережные.

Так как в основании залегает суглинок полутвердый, характеризующийся

малой водонепроницаемостью ограждаем котлован шпунтовой перемычкой, которая углубляется в водонепроницаемый грунт. Исходя из грунтов в основании принимаем причальную набережную из монолитного железобетона, которую возводят методом «насухо» в осушенном котловане под защитой перемычки.

Монолитные стенки причальных сооружений имеют меньшую стоимость и более высокую трудоёмкость.

1. 
   
   
2. 
   
   
   1. 
      
      
   2. 
      
      
   3. 
      Размещение причальной набережной на местности и
      

определение ее высоты

Размещение причальной набережной на местности производится на инженерно-геологическом разрезе таким образом, чтобы обеспечить заданную
глубину воды у причала при минимальном уровне воды в реке и при минимальном объеме дноуглубительных и земляных работ.

Отметка верха причальной набережной назначается на 1 метр выше максимального уровня воды в реке (143,0м + 1,0м = 144,0м).

Свободная высота стенки определяется как разность отметки дна в месте пересечения плоскости кордона причальной набережной с поверхностью дна русла реки и отметки верха сооружения:

Н = (отм.В.С.- отм.Дно) = 144,0-135,2 = 8,8 м

Привязка сооружения выполнена в приложении А.

3. 
   Проектирование фундамента мелкого заложения
   

Проектирование фундамента мелкого заложения позволяет определить основные конструктивные параметры фундамента – ширину подошвы в и глубину заложения d.

1. 
   Последовательность проектирования фундамента мелкого заложения
   

Основные конструктивные параметры ФМЗ определяются методом последовательных приближений:

1. 
   Назначается ширина подошвы ФМЗ:
   

b = (0,7…1,0) *Н;

b = 0,75*8,8 = 6,6 м;

2. 
   Глубина заложения d ФМЗ, при применении монолитной железобетонной конструкции равна 0,88 (d = 0,1*H);
   
3. 
   Вычерчивается контур конструкции сооружения;
   
4. 
   Выполняется расчет нагрузок на сооружение для двух случаев сочетаний нагрузок: строительного и эксплуатационного;
   
5. 
   Определяются контактные напряжения под передней и задней гранями сооружения;
   
6. 
   Определяются расчетные сопротивления грунта основания при назначенных ширине подошвы и глубине заложения;
   
7. 
   Выполняется проверка возможности опирания сооружения на естественное основание;
   
8. 
   В случае невыполнения п.6 производится корректировка значений в и d и расчеты выполняются заново, либо проектируется искусственное основание (грунтовая подушка);
   
9. 
   Производится проверка прочности подстилающего слоя;
   
10. 
    В случае необходимости выполняется расчет основания на устойчивость по схемам плоского и глубинного сдвигов;
    
11. 
    Выполняется расчет основания по деформациям.
    

1. 
   
   
2. 
   
   
3. 
   
   
   1. 
      
      
   2. 
      Расчет нагрузок, действующих на сооружение
      

На гравитационную причальную набережную действуют две группы сил:

• 
  горизонтальные – от грунтов засыпки и основания, эксплуатационной нагрузки на поверхности причала и швартующихся судов, которые стремятся опрокинуть стенку относительно ее передней грани;
  
• 
  вертикальные – от собственного веса причального сооружения, различных грузов, располагающихся на поверхности причала в пределах ширины сооружения, которые удерживают стенку от опрокидывания и сдвига.
  

Активное давление грунта, действующее на виртуальную заднюю грань сооружения, определяется по формуле:



Где q₁ - эксплуатационная нагрузка на поверхности причала, кПа, принимается равной q*1,2 (1,2 – коэффициент надежности по нагрузке согласно СП 58.13330.2019);

_1i - удельный вес грунта i-го слоя засыпки, кН/м³, принимается равным

_1i = _i*1,1 (1,1 – коэффициент надежности по нагрузке согласно СП 20.13330.2016);

h_i - мощность i-го слоя засыпки, м;

_a - коэффициент бокового давления грунта

;

n - число слоев грунта с различным удельным весом.

При расположении грунта ниже уровня воды удельный вес принимается с учетом взвешивающего действия воды:

,

где _w = 10 кН/м³ – удельный вес воды;

e – коэффициент пористости грунта.

= 9,07 кН/м³;

= tg²(28,65) = 0,3

1. 
   В строительном случае:
   

σ_a1 = 0

σ_a2 = γ*λ_a*h₁ = 18*0,3*5,5*1,1 = 32,67 кПа

σ_a3 = γ*λ_a*h₁ = σ_a2+(18*0,3*4,18*1,1) = 57,5 кПа

2. 
   В эксплуатационном случае:
   

σ_a1= q*λ_a = 30*1,2*0,3 = 10,8 кПа

σ_a2 = (q+ h₁* γ) *λ_a = (30*1,2+6,8*18*1,1)*0,3 = 51,19 кПа

σ_a3 = (q+ h₁* γ + γ_взв.*h₂) *λ_a = (30*1,2+6,8+18*1,1+9,07*1,1*2,88)*0,3 = =59,81 кПа

По полученным данным строится эпюра бокового давления грунта

(Приложение Б).

Для определения величины равнодействующей бокового давления грунта и точки ее приложения эпюра разбивается на элементарные фигуры (прямоугольники и треугольники).

Определяется опрокидывающий момент относительно точки О.

Для определения значения веса отдельных элементов сооружения, грунта над уступами, удерживающего момента относительно точки О, тело сооружения разбивается на элементарные фигуры с учетом уровня воды.

Расчет выполняется в табличной форме для двух случаев сочетания нагрузок – строительного и эксплуатационного.

Итогом расчетов является определение равнодействующих горизонтальной Т и вертикальной N сил, а также главного момента сил М_о.

Расчет нагрузок выполняется на 1 погонный метр длины причального сооружения.

Схема к расчету нагрузок представлена а приложении Б

Расчет сил и моментов выполнен в таблице 3.
Таблица 3. Расчет сил и моментов относительно передней грани

3. 
   Определение контактных напряжений и проверка возможности опирания сооружения на естественное основание
   

Проектирование давления по подошве ленточного фундамента определяется по формуле внецентренного сжатия:

,

где e_p– эксцентриситет приложения равнодействующей вертикальных сил, м,

,

N – равнодействующая вертикальных сил для строительного и эксплуатационного случаев сочетания нагрузок, кН;

М₀– главный момент сил относительно точки опрокидывания для строительного и эксплуатационного случаев сочетания нагрузок, кН*м;

b– ширина подошвы ФМЗ, м;

1. 
   один погонный метр длины сооружения.
   

1. 
   В строительном случае:
   

м

кПа

кПа

2. 
   В эксплуатационном случае:
   

м

кПа

кПа

При разработке проекта ФМЗ в соответствии с нормами необходимо, чтобы значения контактных напряжений не превосходили предельного значения, соответствующего границе линейной зависимости между осадками и нагрузками (Sσ).
Данное граничное значение носит название расчетного сопротивления грунта основанияR и определяется по формуле:



где _с1, _с2 – коэффициенты условий работы ( _с1 = 1,1,_с2= 1,0 – определюятся по СП 22.13330.2016 );

k – коэффициент, равный 1,1 т.к. определяется по таблицам механических характеристик приложения А, СП 22.13330.2016;

M_,M_q,M_с – коэффициенты несущей способности грунта, определяемые в зависимости от угла внутреннего трения _II грунта несущего слоя (M_ = 2,27; M_q= = 5,42; M_с = 13,3);

k_z – коэффициент, учитывающий масштабный фактор (k_z = 1);

, – удельный вес грунта соответственно выше и ниже подошвы фундамента (под водой – с учетом взвешивающего действия воды).

кПа

При передаче фундаментом нагрузки грунту с эксцентриситетом должны выполняться следующие условия:



Эксплуатационный случай:


Так как условия не выполняются необходимо изменить параметры ФМЗ, либо запроектировать искусственное основание.

1. 
   
   
2. 
   
   
3. 
   
   
   1. 
      
      
   2. 
      
      
   3. 
      
      
   4. 
      Расчет грунтовой подушки
      

Грунтовые подушки являются разновидностью искусственных оснований. При этом мелиорация свойств грунтов основания достигается посредством замены слабого грунта грунтом засыпки, имеющим более высокие прочностные характеристики и меньшую сжимаемость.

Применение грунтовой подушки позволяет запроектировать ФМЗ с разумными значениями ширины подошвы b и глубины заложения d.

Толщина грунтовой подушки определяется из условия:

,

где – дополнительные напряжения в грунте на уровне подошвы грунтовой подушки, здесь α – коэффициент рассеивания напряжений на вертикали под центром загруженной площади, определяется по формуле:

, где

b – ширина подошвы причальной набережной, м;

z – расстояние от нижнего обреза фундамента сооружения до подошвы грунтовой подушки: в рассматриваемом расчёте z = h_n, м;

γ_n – удельный вес грунта подушки, кН/м³;

h_n – толщина грунтовой подушки, м;

γ_II , γ_II’ – удельный вес грунта соответственно ниже и выше грунтовой подушки , кН/м³;

=(0,88+0,015)/3,14=0,33

= 0,33*(132,48-18*0,88)=0,33*116,64=38,49 кПа

Ширина подошвы грунтовой подушки определяется по формуле:



м,

но не менее условной ширины подошвы:

1*b_усл= где N равнодействующая вертикальных сил из таблицы 3 для эксплуатационного случая сочетания нагрузок.

1*b_усл=874,38/38,49=22,72 м, условие b_n ≥ b_усл выполняется.

R= кПа

38,49+9,07*7=101,98≤2143,44 => условие выполняется.

Конструктивная схема грунтовой подушки показана в приложении В.

5. 
   Проверка несущей способности подстилающего слоя
   

Так как в подстилающем слое залегает грунт менее прочный и более деформативный, чем вышележащий грунт, необходима проверка возможности применения теории линейно деформатируемого полупространства для этого слоя, т.е. выполнение условия Sσ.

В случае линейной зависимости осадок S от нагрузок σ должно выполняться условие: , где

– дополнительные напряжения в грунте на уровне кровли подстилающего слоя; α определяется по формуле:

при z равном расстоянию от подошвы сооружения до кровли подстилающего слоя;

γ_II , γ_II’ – средневзвешенный удельный вес грунта основания соответственно ниже и выше кровли подстилающего слоя, кН/м³;

h – расстояние от подошвы до кровли подстилающего слоя, м;

b_усл – условная ширина фундамента на уровне кровли подстилающего слоя, определяется по формуле: 1* b_усл=N/σ_zp,

=0,33 кПа;

0,33*(132,48+18*0,88)=38,49 кПа;

1*bусл=874,38/38,49=22,72 м;

R= кПа

38,49+9,04*7=101,77≤1137,97 => условие выполняется

6. 
   Расчёты основания на устойчивость
   

Расчеты основания на устойчивость относятся к расчетам по первой группе предельных состояний.

Необходимость проверки устойчивости причальных набережных предопределяется тем, что равнодействующая внешних сил действует под некоторым углом δ к вертикали.

В данном курсовом проекте выполняется проверка устойчивости по двум схемам:

- плоский сдвиг (действие равнодействующей горизонтальных сил);

- глубинный сдвиг (совместное действие равнодействующих горизонтальных и вертикальных сил);

Устойчивость считается обеспеченной, если выполняется условие:

, где

– коэффициент, учитывающий сочетание нагрузок, для основного сочетания γ_n=1,0;

– коэффициент надёжности по назначению конструкции, принимаемый равным 1,2 для сооружений III класса по уровню ответственности;

R– обобщенное предельное усилие сопротивления грунта основания (равнодействующая или главный момент удерживающих сил);

F– обобщенное расчётное внешнее усилие, действующее на основание (равнодействующая или главный момент сдвигающих сил);

Расчёты на устойчивость выполняются для эксплуатационного (основного) случая сочетания нагрузок.

1. 
   Проверка устойчивости основания по схеме плоского сдвига
   

Равнодействующая удерживающих сил определяется по формуле:

, где

0,95 – коэффициент надежности по нагрузке согласно указаниям СП 58.13330.2019.

E_n – равнодействующая пассивного давления со стороны передней грани сооружения на 1 пог.м длины сооружения, кН:

, здесь

λ_n = tg²(45°+ϕ_I/2) – коэффициент пассивного давления грунта;

- средневзвешенное значение удельного веса грунта, залегающего выше подошвы фундамента, кН/м³: во взвешенном водой состоянии принимается равным γ’ = 9 кН/м³.

кН

кН

F = 1,2*Q+E_n = 1,2*132+370,61 = 180,09 кН

=> условие выполняется.

Устойчивость основания выполнена.