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: 3 из 3

Проверка общей устойчивости системы «основание – сооружение» методом круглоцилиндрических поверхностей скольжения

Инженерные методы расчета устойчивости оснований совместно с сооружениями применяется в случаях:

- основание неоднородно по глубине;

- основание расположено на откосе или вблизи него;

- пригрузка с разных сторон неодинакова, причем большая из них в общем случае должна превышать расчетное сопротивление грунта основания R.

Потеря устойчивости грунта основания при глубинном сдвиге происходит по сложным криволинейным поверхностям, которые заменяют на круглоцилиндрические поверхности. Круглоцилиндрические поверхности проводятся через заднее ребро подошвы фундамента. Ввиду того, что через это ребро можно провести бесконечное множество поверхностей скольжения, ставится задача отыскать такую поверхность, для которой коэффициент запаса устойчивости имеет наименьшее значение.

Условие устойчивости определяется по формуле (для каждой круглоцилиндрической поверхности):

, где

М_уд = R – главный момент удерживающих сил относительно центра скольжения, кН*м;

М_оп = R – главный момент сдвигающих сил относительно центра скольжения, кН*м.

Расчёт выполняется в следующей последовательности:

1. 
   Вычерчивается сооружение с привязкой к существующей геологической среде в масштабе 1:200 или 1:100;
   
2. 
   Проводится дуга через точку заднего нижнего ребра причальной набережной радиусом R, определяются координаты центра скольжения по формулам И.В.Яропольского:
   

λ_а=tg²(45-36/2)=0,26

3. 
   Толщина грунтов, расположенная выше круглоцилиндрической поверхности скольжения, разбивается на блоки шириной 1-2 метра; при пересечении поверхностью скольжения границ слоев грунтов следует назначить границы блока таким образом, чтобы дуга поверхности находилась в пределах одной разновидности грунта;
   
4. 
   Вычисляется сила веса каждого блока Q_i; при наличии эксплуатационной нагрузки на верхней границе блока, она суммируется с весом грунта i-го блока;
   
5. 
   Вектор силы веса каждого блока переносится на середину дуги линии скольжения, ограничивающей блок;
   
6. 
   Сила веса каждого блока раскладывается на тангенциальную и нормальную составляющие, которые показываются на схеме:
   

- значение тангенциальной составляющей (сдвигающая сила) определяется по формуле:

F_сдвигi = G*sinα_i, где

G_i – вес i-го блока, кН;

α_i – угол между радиус-вектором точки приложения силы веса i-го блока на круглоцилиндрической поверхности и вертикалью, град.;

- нормальная составляющая силы веса определяют силу трения:

F_трi = G_i*cosα_i*tgϕ_IIi, где

ϕ_IIi– угол внутреннего трения грунта, в пределах которого располагается фрагмент круглоцилиндрической поверхности для i-го блока, град;

- кроме этих сил, по линии скольжения может действовать сила сцепления, определяемая по формуле:

F_сцi = l_i*c_{IIi ,}где

l_i - длина проекции поверхности скольжения в пределах i-го блока;

c_IIi– удельное сцепление грунта, в пределах которого распологается фрагмент круглоцилиндрической поверхности для i-го блока, кПа;

7. 
   Определяется коэффициент запаса устойчивости по формуле:
   

, где

n – общее число блоков.

При расчетах стоит учитывать, что значение сдвигающей силы принимается со знаком «+», если блок располагается справа от вертикали, опущенной из центра скольжения, и со знаком «-», если блок располагается слева от вертикали.

> =1,15 условие выполняется, следовательно сдвига сооружения по круглоцилиндрической поверхности не будет. Схема к проверке общей устойчивости системы «основание - сооружение» методом круглоцилиндрических поверхностей скольжения представлена в приложении Г. Расчет общей устойчивости методом круглоцилиндрических поверхностей скольжения в таблице 4.

Таблица 4. К расчёту общей устойчивости методом круглоцилиндрических поверхностей скольжения

4. 
   Проектирование свайного фундамента
   

Свайный фундамент применяется в следующих случаях:

• 
  в несущем слое залегает слабый грунт, в этом случае сваи проходят слабый грунт и заглубляются или опираются на грунт с достаточной несущей способностью;
  
• 
  на единицу площади фундамента передаются значительные нагрузки;
  
• 
  при проектировании фундамента сооружения чувствительно к неравномерным осадкам;
  
• 
  при действии динамических нагрузок;
  
• 
  строительство осуществляется в многолетнемерзлых грунтах.
  

В проекте рассматривается монолитная конструкция причального сооружения на свайном фундаменте с жесткой заделкой голов свай в ростверк.

1. 
   Последовательность проектирования свайного фундамента
   

1. 
   Производится анализ инженерно-геологических условий в районе строительства. Анализ позволяет определить тот слой, который может быть использован для восприятия нагрузок от сооружения.
   
2. 
   Определяется глубина погружения нижнего конца свай в грунтовый массив.
   
3. 
   Выбирается типоразмер забивной железобетонной сваи квадратного сечения заводского изготовления в зависимости от ранее определенной длины.
   
4. 
   Назначаются размеры сооружения.
   
5. 
   Выполняется сбор нагрузок, действующих на причальную набережную.
   
6. 
   Определяется несущая способность сваи по материалу и по грунту.
   
7. 
   Определяется необходимое число свай на 10 погонных метров длины причального сооружения и выполняется размещение их в плане.
   
8. 
   Выполняется расчёт свайного фундамента как плоской системы, который позволяет определить усилия в каждой свае, горизонтальные, вертикальные перемещения, а также крен причальной набережной.
   

2. 
   Определение размеров сооружения и расчёт нагрузок.
   

Свободная высота причальной набережной определена при проектировании ФМЗ.

Ширина подошвы так же принимается равной:

B = 0,8*H = 0,8*8,8 = 7,04 м

Толщина ростверка назначается в пределах h_p = 1,4…2 м при толщине ствола сваи d<60 см. Принимаем h_p = 2 м.

Определяются нагрузки на 10 погонных метров длины причального сооружения. В результате расчета определяются равнодействующие вертикальных сил N₁₀ и горизонтальных сил Т₁₀.

Определяется угол наклона равнодействующей к вертикали по формуле:



Расчёт нагрузок действующих на сооружение

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

1. 
   При максимальном уровне воды:
   

σ_a1= q*λ_a = 30*1,2*0,3 = 10,8 кПа

σ_a2 = (q+ h₁* γ) *λ_a = (30*1,2+1*18*1,1)*0,3 = 16,74 кПа

σ_a3 = (q+ h₁* γ + γ_взв.*h₂) *λ_a = (30*1,2+1*18*1,1+9,07*1,1*8,68)*0,3 = 68,3 кПа

2. 
   При строительном уровне воды:
   

σ_a1 = 0

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

σ_a3 = σ_a2+γ*λ_a*h₁ = 32,67+(18*0,3*5,68*1,1) = 66,4 кПа

3. 
   При минимальном уровне воды:
   

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*4,38)*0,3 =64,3 кПа

По полученным данным строится эпюра бокового давления грунта (Приложение Е).

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 трёх случаев сочетания нагрузок – при строительном, максимальном и минимальном уровнях воды.

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

Расчет нагрузок выполняется на 10 погонных метров длины причального сооружения.

Схема к расчету нагрузок представлена в приложении Д.

Расчет сил и моментов выполнен в таблице 5.

Определяется эксцентриситет приложения равнодействующей для каждого сочетания нагрузок по формуле:

1. 
   При максимальном уровне воды:
   

м

кПа

кПа

°

кН*м

2. 
   При строительном уровне воды:
   

м

кПа

кПа

Таблица 5. Расчёт сил и моментов относительно передней грани

°

кН*м

3. 
   При минимальном уровне воды:
   

м

кПа

кПа

°

кН*м

3. 
   Выбор схемы свайного фундамента
   

Так как отношение результирующей горизонтальных сил к вертикальным больше 0,1( , то выбираем свайный фундамент с наклонными сваями.

4. 
   Определение несущей способности сваи
   

Выбираем сваю СН 17-35

L=17000 мм

d=350 мм

m=5300 кг

Для выбранного типоразмера сваи определяем несущую способность сваи по грунту по формуле:

, где

где γ_с – коэффициент условий работы =1;

γ_g – коэффициент надежности по грунту =1.4;

γ_сR=1_, γ_cf=1 – коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и по боковой поверхности сваи;

R= 3200 кН/м² – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, по СП 24.13330.2011.

А – площадь опирания сваи на грунт;

f – расчетное сопротивление I – того слоя грунта основания по боковой поверхности, по СНиП 2.02.03-85, кН/м²;

l – толщина слоя;

n – число слоев грунта.

Расчет выполняется в соответствии с приложением Е.

кПа

Расчётная нагрузка на сваю определяется по формуле:

N₁=F_d/γ_g

кПа

5. 
   Определение числа свай и размещение их в плане
   

Размещение свай в плане по принципу равного загружения выполняется для эксплуатационного случая сочетания нагрузок при минимальном уровне воды в реке. В этом случае эпюра напряжений под подошвой разбивается на равновеликие площади, под центрами тяжести которых размещаются оси рядов свай.

В общем случае назначается не менее 3-х рядов свай по ширине подошвы ростверка причальной набережной. Общее число свай на фрагмент сооружения длиной 10 м должно составлять не менее 9 шт.

Определяя число свай в пане, возьмем расчетную нагрузку на сваю за вычетом веса самой сваи. Вес сваи определяется по ГОСТ19804.2-79.

шт.

Назначаем 3 ряда по 5 свай =15 шт.

Шаг свай определяется как : S=10/n_р

S = 10/4 = 2

Размещение свай в плане выполнено в приложении Ж.

Приложение А. Инженерно-геологический разрез и привязка сооружения

Приложение Б. Схема к расчёту нагрузок. Эпюра бокового давления грунта


Эксплуатационный

Строительный

Приложение В. Устройство грунтовой подушки в осушенном котловане

Приложение Г. Схема проверки общей устойчивости системы «основание-сооружение» методом круглоцилиндрических поверхностей скольжения

Приложение Д. Схема к расчёту нагрузок. Эпюра бокового давления грунта

Приложение Е. К расчёту несущей способности сваи на вертикальную нагрузку

Приложение Ж. Распределение свай в плане по принципу равного загружения

Список используемой литературы

1. 
   Полунин М.А. Методические указания по выполнению курсового проекта по основаниям и фундаментам гравитационных причальных набережных. - Новосибирск: СГУВТ, 2015.
   
2. 
   СП 22.13330.2016 «Основания зданий и сооружений». Утвержден приказом Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации от 16 декабря 2016 г. N 970/пр и введен в действие с 17 июня 2017 г.
   
3. 
   СП 58.13330.2019 «Гидротехнические сооружения. Основные положения». Утвержден приказом Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации от 16 декабря 2019 г. N 811/пр и введен в действие с 17 июня 2020 г.
   
4. 
   СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия». Утвержден приказом Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации (Минстрой России) от 3 декабря 2016 г. N 891/пр и введен в действие с 4 июня 2017 г.