«Проектирование фундаментов промежуточной опоры моста» по дисциплине: «Основания и фундаменты». Курсовая работа Проектирование фундаментов промежуточной опоры моста по дисциплине Основания и фундаменты

• Название: Курсовая работа Проектирование фундаментов промежуточной опоры моста по дисциплине Основания и фундаменты
• Анкор: «Проектирование фундаментов промежуточной опоры моста» по дисциплине: «Основания и фундаменты
• Дата: 26.12.2022
• Размер: 4.14 Mb.
• Имя файла: Kursovaya_fundamenty_01_04.docx
• Тип: Курсовая; #864402
• страница: 2 из 2

4.1 Общие сведения о типах и конструкциях свай

Свайные фундаменты сооружают в тех случаях, когда в верхних слоях земли (до глубины 6-7 м) залегают грунты, имеющие
низкую прочность и высокую сжимаемость.
Свайные фундаменты состоят из погруженных в грунт свай и
плиты-ростверка. Основное назначение свай заключается в том,
чтобы передавать нагрузку от сооружения на более глубокие плотные слои грунта, обладающие необходимой несущей способностью
и малой сжимаемостью. Ростверк объединяет головы свай, обеспечивает передачу нагрузки от сооружения (мостовой опоры) не все
сваи и препятствует горизонтальному перемещению верхних частей
свай.
Ростверки различают высокие, низкие. Подошва высокого ростверка расположена выше поверхности грунта; подошва низкого
ростверка заглублена в грунт. При сооружении мостовых опор высокие ростверки применяют обычно на реке по глубине воды 3-4 м.
Низкие ростверки проектируют на суходоле или в реке на мелководье, когда его подошва находится ниже отметки местного размыва
речного дна. Минимальная толщина ростверка 1,2-1,5 м. Обычно
под мостовые опоры проектируют ростверки из железобетона, марка бетона не ниже 200.
Конструкцию свай выбирают с учетом величины действующей
нагрузки, свойств грунтов и способов погружения. По способу погружения различают: сваи забивные железобетонные и деревяные,
погружаемые в грунт молотами и вибропогружателями; сваи- оболочки железобетонные; сваи набивные бетонные и железобетонные, изготовляемые непосредственно в скважине, предварительно
пробуренной в грунте; сваи буро-опускные железобетонные, погружаемые в предварительно пробуренные скважины, сваи винтовые
со стальным или железобетонным стволом.
Забивные сваи имеют различные конструкции. Их изготавливают из обычного бетона (марка не ниже 300) и предварительно напряженного
железобетона (марка не ниже 400). Поперечное сечение таких свай
может быть сплошным или полым. Пустотелые сваи и сваи-оболочки имеют открытый или закрытый нижний конец, что сказывается на способе их погружения. Сплошные сваи имеют нижний
заострённый конец. Конструкции готовых забивных свай — стандартны. Наиболее распространены железобетонное призматические
сваи сплошного квадратного сечения. Такие сваи имеют размеры
поперечного сечения от 200 х 200 мм до 400 х 400 мм с градацией
через 50 мм и длину от 3 до 20 м.
В зависимости от свойств грунтов, залегающих под нижним
концом свай, их подразделяют на сваи-стойки и висячие сваи. Сваи-стойки передают нагрузку нижним концом на практически несжимаемые грунты. Сил трения грунта по боковой поверхности у таких свай не возникает. Висячие сваи погружаются в сжимаемые грунты, передавая нагрузку на грунт боковой поверхностью и нижним под нижним концом.
Свайные фундаменты сооружают как с одними вертикаль рекомендуется принимаются вертикальные сваи. Сваи в уровне подошвы ростверка размещают в рядовом порядке.
Проектирование свайного фундамента производится в следующем порядке:
● определение глубины заложения ростверка и предварительное назначение его размеров;
● назначение типа, размеров и глубины погружения свай;
определение расчетной несущей способности одиночной сваи; определение числа свай, размещение их по подошве ростверка, уточнение размеров ростверка;
● проверка свайного фундамента по несущей способности
(по первой группе предельных состояний);
● расчет свайного фундамента как условного массивного;
● расчет осадки свайного фундамента (по второй группе
пре- дельных состояний).

4.2 Определение глубины заложения и предварительное назначение размеров ростверка

В курсовой работе будем применять монолитный железобетонный низкий ростверк.

Предварительно глубину заложения подошвы ростверка на суходоле
можно принять:
в зависимости от способности грунтов к пучению:
а) в непучинистых грунтах - на любом уровне;
б) в пучинистых грунтах - на глубине не менее d_fn + 0.25 м, где
d_fn - нормативная глубина промерзания, м (равная 1 м ).
Предварительно глубину заложения ростверка d можно принять по конструктивным соображениям так, чтобы его толщина была не менее 1,5 м.



Данная глубина не соответствует конструктивным требованиям следовательно принимаем глубину заложения ростверка d = 1,5 + 0,5= 2,0 м .



Рисунок 2. Размеры ростверка

Отсюда ширина ростверка равна:





Длина ростверка:





где - ширина опоры, равная 2,5 м; - длина опоры, равная 9,2 м; а- предварительно можно принять 0,5 м (см. рис. 2).

4.3 Назначение глубины погружения, типа и размеров свай



В курсовой работе будем применять забивные железобетонные призматические сваи сплошного квадратного сечения.

















Рисунок 3. Размеры сваи

Округляем и принимаем длину сваи

В соответсвии с ГОСТ 19804-74 принимаем марку сваи С с размером сторон поперечного сесения d_св=350 мм, длиной призматической части (сваи) L=9000 мм,длиной острия l=300 мм, весом 1 пог. М., = 3,12 кН, маркой бетона 300.

4.4 Определение расчетной несущей способности одиночной сваи

В соответствии с требованиями СП 35.13330.2011 (СНиП 2.02.03-85) свайные фундаменты и их основания рассчитываются по двум группам предельных состояний.
По первой группе рассчитывают прочность и устойчивость отдельных свай по материалу, несущую способность (прочность) их
по грунту, прочность ростверка и прочность грунтового основания
под всем кустом свай.
По второй группе рассчитывают осадки оснований свайных
фундаментов от вертикальных нагрузок и смещения (вертикальные
и горизонтальные) свай совместно с грунтом основания от действия
вертикальных и горизонтальных нагрузок.
В курсовой работе проверяется только несущая способность
(прочность) сваи по грунту, прочность грунтового основания под
нижними концами свай и осадка основания свайного фундамента.
Расчетная нагрузка Р, допускаемая на одиночную сваю, определяется согласно п. 3.10 СНиП 2.02.03-85 по формуле, кН (тс):



где - расчетная несущая способность грунта основания одиночной
сваи, называемая для краткости "несущая способность сваи", кН ;
- коэффициент надежности, равный 1,4.
Несущая способность висячей сваи, работающей на осевую
сжимающую нагрузку , определяется (рис. 4) согласно п. 4.2.
СНиП по формуле, кН:









R=5036 кПа

где - коэффициент условий работы сваи в грунте, равный 1,0;
А -площадь опирания на грунт сваи, принимаемая для свай сплошного сечения равной площади поперечного сечения,м²;
R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, зависящее от грунта и глубины погружения сваи z , кПа (расстояние от поверхности грунта до нижнего конца сваи); определяется по табл. 1 СНиП или по табл.П 11
(см. приложения);
- наружный периметр поперечного сечения сваи, м;

, - расчетное сопротивление i -го слоя грунта по боковой поверхности сваи кПа, зависящее от грунта и средней глубины расположения слоя относительно поверхности грунта z_i (расстояние от поверхности грунта до середины i-ro слоя грунта);/ определяется по таблице 2 СниП или табл. П12 настоящих указаний;
- толщина i-ro слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м;
, - коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и по боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения свай на расчетные сопротивления грунта; для сплошных забивных свай = = 1.0.
Расчетная схема для определения несущей способности висячей сваи приведена на рис. 4.




Рисунок 4. Расчетная схема для определения несущей способности висячей сваи





4.5 Определение числа свай, их размещение

Предварительно необходимое число свай в фундаменте под мостовую опору определяется по формуле:



где - расчетная вертикальная нагрузка в уровне обреза фундамента (понизу опоры),равная 31350 кН;
- вес ростверка и грунта на его уступах, кН. Если нижние концы свай расположены в водонепроницаемом слое грунта, как в данной курсовой работе (см. табл.1) ;
,где -коэффициент надежности по нагрузке, равный 1,1; - удельный вес кладки ростверка, равный 24 кН/м³; - объем ростверка, равный h_pa_pb_p м³;
- удельный вес грунта, лежащего на уступах ростверка , равный 19,62 кН/м³;
- объем грунта на уступах ростверка, равный

a_pb_pd-V_р-a₀b₀0,5 (м ).

Если же нижние концы свай расположены в водопроницаемом слое горизонта грунтовых вод (в реке ниже ГМВ) удельный вес кладки принимается равным 14 кH/м³;
Р - расчетная нагрузка, допускаемая на сваю, кН ;
- коэффициент, учитывающий перегрузку отдельных свай от горизонтальных сил и принимаемый 1,1-1,3.





, м³



кН



Окончательно принимаем 21 сваю и располагаем их так, как показано на рисунке 5.



Рисунок 5. Расположение свай в уровне подошвы низкого ростверка

4.6 Проверка свайного фундамента по несущей способности грунтов основания

Свайные фундаменты по несущей способности грунтов основания рассчитываются согласно СП по формуле:



где - нагрузка, допускаемая на сваю, кН ;
N - продольное усилие, возникающее в свае от расчетных внешних нагрузок, действующих на фундамент, кН. Эта нагрузка для фундаментов с вертикальными сваями определяется по формуле:



где - расчетная вертикальная сила на невыгодное сочетание в уровне обреза фундамента кН , (см. задание);

- вес ростверка и грунта на его уступах, кН ;
М - расчетный момент горизонтальных сил относительно главной оси в плоскости подошвы ростверка , кНм





где - число свай в фундаменте(см. рис.5);
- число расчетам рядов свай(см. рис.5);
, - расстояние от главной центральной оси до оси каждой сваи,м(см. рис.5);
- расстояние от главной оси до оси крайнего ряда свай, м(см. рис.5).








ВЫВОД: Проверка выполняется.Переходим к определению осадки свайного фундамента как условного массивного фундамента.

4.7 Определение осадки свайного фундамента как условного массивного фундамента

Расчет осадки свайного фундамента как условного массивного
производится аналогично расчету осадок фундамента мелкого заложения на естественном основании.
Границы условного фундамента определяются:
снизу - плоскостью ad, проходящей через нижние концы свай;
с боков - вертикальными плоскостями ab и dc, отстоящими от
наружных граней крайних рядов вертикальных свай на расстоянии ;
сверху- плоскостью bс (отметкой поверхности грунта);



где - угол внутреннего трения в разнородных слоях;

- толщина разнородных слоев;
- глубина погружения свай в грунт.
Толщина расчетного слоя грунта h_i 0.4b_у . Расчётную осадку определяют от нормативных постоянных нагрузок; дополнительное давление по подошве
условного фундамента ; среднее давление определяется по формуле , где нормативная постоянная нагрузка по подошве условного фундамента, кН, включает в себя вес ростверка, свай и грунта между сваями и .
При проверке осадки основания должно удовлетворяться условие:



где -расчётная осадка, Su -предельно допустимая осадка
для данной мостовой опоры. 



















































Расчет сводится в таблицу 3.



Таблица 3. Расчет осадки свайного фундамента

ВЫВОД: Расчетная осадка не превышает предельно допустимую, следовательно для технико-экономического обоснования принимается свайный фундамент с d_у=10,3 м, высотой ростверка 1,5 м , К_св=21 , b_у=5,75 м , а_у=12,45 м.



5. ЭКОНОМИЧЕСКОЕ СРАВНЕНИЕ ФУНДАМЕНТОВ

5.1 Фундамент мелкого заложения

Состав работ:

1. 
   Забивается шпунт по периметру котлована на расстоянии 0,5 от торца нижней ступени фундамента (подошва фундамента) на глубину
   

lшп =1,5(hф+0,5) от поверхности земли (уровня меженных вод)), после чего насосами из котлована откачивается вода.

Объём работ определяется площадью забитого шпунта – Vшп, м²

lшп =1,5*(hф+0,5)



где l шп – длина шпунта, м

hф – высота фундамента, м

Ршп – периметр шпунтового ограждения, м

Ршп = 2* (l пф + 0,5) +2* (bпф + 0,5)



bпф – ширина подошвы фундамента, м

Vшп – объем работ по устройству шпунтового ограждения, м²

Vшп = Ршп * lшп



5.1.2 Разрабатывается котлован на глубину заложения фундамента – d, м

(расстояние от уровня земли (дна реки) до подошвы фундамента).

Объём работ по разработке котлована – Vраз определяется в соответствии с выражением:

Vраз = Апф- уш * d = ( l пф + 0,5) *(bпф + 0,5) * d



Апф-уш – площадь котлована с учетом уширения, м²

3. 
   Устанавливается опалубка, которая заливается бетоном поэтапно. Срок производства фундамента зависит от времени набора прочности бетона и количества ступеней.
   

Vбет = Vфун

4. 
   Следующий этап – засыпка котлована грунтом с готовым фундаментом с послойным уплотнением.
   

Vзас = Vраз – Vбет







5.2 Свайный фундамент

Состав работ:

5.2.1 Забивается шпунт по периметру котлована на расстоянии 0,5 от торца ростверка на глубину от поверхности грунта (уровня меженных вод), после чего насосами из котлована откачивается вода.

lшп =1,5(hр+0,5)



Объём работ определяется площадью забитого шпунта – Vшп, м²

lшп =1,5(hр+0,5), м

где lшп – длина шпунта, м

hр – высота ростверка, м

Ршп – периметр шпунтового ограждения, м

Ршп = 2· (lр + 0,5) +2· (bр+ 0,5)



bр и lр – ширина и длина ростверка, м

Vшп – объем работ по устройству шпунтового ограждения, м²

Vшп = Ршп · lшп



5.2.2 Разрабатывается котлован на глубину заложения подошвы ростверка – , м

– расстояние от уровня земли до подошвы ростверка.

Объём земляных работ по разработке котлована – Vраз определяется в соответствии с выражением:

Vраз = Апф-уш · = ( lр + 0.5) · (bр + 0.5) ·



Апф-уш – площадь подошвы фундамента с учетом уширения 0,5м, м²

3. 
   Объем работ по забивке свай, определяется их количеством в кубических метрах.
   

Vсв =

3. 
   Устанавливается опалубка и арматурный каркас, которые заливается бетоном.
   

Срок производства свайного ростверка зависит от времени набора прочности бетона и количества ступеней.

Vж/бт = Vр

Vр=53,55 м³ – объём ростверка

5.2.6. Следующий этап – засыпка котлована грунтом с готовым ростверком с послойным уплотнением.

Vзас = Vраз – Vр



Расчеты по сравнению вариантов сведены в таблицу № 4







Таблица 4. Экономическое сравнение фундаментов

ВЫВОД: Вариант свайного фундамента оказался выгоднее, чем фундамент мелкого заложения на 1 294 191 усл.ед.

Заключение

В курсовой работе мы проектировали два типа фундамента, фундамент мелкого заложения и свайный фундамент.

Фундамент мелкого заложения был спроектирован со следующими размерами:

1. 
   глубина заложения равна 7,5 м;
   
2. 
   фундамент имеет 7 ступеней;
   
3. 
   размеры подошвы фундамента равны 10,5 м × 17,2 м;
   
4. 
   несущим слоем является суглинок тугопластичный, с условным сопротивлением 171,5 кПа.
   

Свайный фундамент был спроектирован со следующими размерами:

1. 
   глубина заложения ростверка равняется 2 м;
   
2. 
   глубина заглубления свай 10,3 м;
   
3. 
   размеры ростверка 10,2 м × 3,5 м × 1,5 м;
   
4. 
   марка свай С с размером сторон поперечного сесения d_св=350 мм, длиной призматической части (сваи) L=9000 мм,длиной острия l=300 мм, весом 1 пог. М., = 3,12 кН, маркой бетона 300;
   
5. 
   несущим слоем является глина полутвердая , с условным сопротивлением 294 кПа.
   

При сравнивании этих двух фундаментов, наиболее выгодным является свайный фундамент.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. 
   СП 35.13330.2011 Мосты и трубы. Актуализированная редакция СНиП 2.05.03-84, Москва, 2011;
   
2. 
   СП 22.13330.2011 Основания здания и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83, Москва, 2011;
   
3. 
   СП 24.13330-2011 Свайные фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 2.02.03-85, Москва, 2011;
   
4. 
   Воробьева Елена Юрьевна, Кириллова Наталья Юрьевна, Кощлова Наталья Федоровна, Романов Павел Николаевич: Методические указания к курсовой работе. Типография МИИТ, 2002.