варианты КП_ОФ_ДС_2014

1

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

КАФЕДРА «АВТОМОБИЛЬНЫЕ ДОРОГИ И ТЕХНОЛОГИЯ СТРОИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА»

Основания и фундаменты опор мостов.

Учебно-методическое пособие

Уфа 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,

Рецензент

Гареева Н.Б. – проф., докт. 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

Физико – механические

Формула

Слои грунта

характеристики

расчета

№ 1

№ 2

№ 3

1

2

3

4

5

Мощность слоя h, м

Удельный вес грунта γ

при естественной влаж-

γ= ρ g

ности, кН/м3

Удельный вес твердых

γs= ρs g

частиц γs, кН/м3

Естественная влажность

W, дол.ед.

Удельный вес сухого

d

грунта γd, кН/м3

1 W

Коэффициент

e

s

1

пористости е , д.е.

d

Удельный вес грунта с

sb

s

учетом взвешивающего

1

e

действия воды γsb, кН/м3

Степень влажности

Sr

s W

грунта Sг, д.е.

e

Влажность на границе те-

кучести WL, д.е.

Влажность на границе

пластичности Wp, д.е.

Число пластичности

Ip=WL-Wp

грунта Ip, д.е.

Показатель текучести IL,

IL=

W Wp

д.е.

I p

Коэффициент сжимаемо-

сти грунтов m0, Мпа-1

5

Коэффициент относи-					mo
тельной сжимаемости		mv
				1		е
грунта mv, МПа	-1
Коэффициент бокового
расширения
Удельное сцепление с,
кПа
Угол внутреннего трения
, град.
Модуль деформации
грунта Е0, МПа

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

	mv			E
			E			mv ,			(2.1)
	где m - коэффициент относительной сжимаемости.
		1			2 2
					1 ,				(2.2)

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

		Размер зерен,	Содержание зерен, час-
	Разновидность грунтов		тиц,
		частиц d ,мм
			% по массе
	ПЕСКИ:
	гравелистый	2	25
	крупный	0,5	50
	средней крупности	0,25	50
	мелкий	0,10	≥75
	пылеватый	0,10	75

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

		Коэффициент пористости е
	Разновидность	Пески гравели-
		стые, крупные
	песков		Пески мелкие	Пески пылеватые
		и средней
		крупности
	Плотный	≤0,55	≤ 0,60	≤ 0,60
	Средней плотности	0,55<e≤0,70	0,60<e≤0,75	0,60<e≤0,80
	Рыхлый	0,70	0,75	0,80
	Таблица 2.4 – Наименование грунтов по коэффициенту водонасыщения Sr
	Разновидность грунтов		Коэффициент водонасыщения Sr, д.е.
	Малой степени водонасыщения		0< Sr ≤0,50
	Средней степени водонасыщения		0,50< Sr ≤0,80
	Водонасыщенные		0,80 < Sr ≤1,00

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.

тр	тр	тр	тр
2	2	2	2
n		n	n
2	2	2	2

Рисунок 2.1 – Опора моста с действующими нагрузками

9

Таблица 2.5 – Нагрузки, действующие на фундамент

	Наименование нагрузки	Условное	Ед.	Выражение для	Кол-во
		обозначение	изм.	определения
	Масса пролетных строений	РП	кН	Таблица А.1
	Сила воздействия от времен-	Ртр	кН	Таблица А.1
	ной вертикальной подвижной
	нагрузки
	Горизонтальная сила	Т	кН	Таблица А.1
	Вес опоры моста	Ро	кН

3 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТА МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ НА ЕСТЕСТВЕННОМ ОСНОВАНИИ

3.1ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЛУБИНЫ ЗАЛОЖЕНИЯ ПОДОШВЫ ФУНДАМЕНТА. ВЫБОР ОТМЕТКИ ОБРЕЗА ФУНДАМЕНТА

3.1.1Определение глубины заложения подошвы фундамента

Глубина заложения фундаментов является одним из основных факторов, обеспечивающих необходимую несущую способность и деформации основания, не превышающие предельных при условии нормальной эксплуатации.

Глубина заложения подошвы фундаментов должна определяться с учѐтом

[3, п. 2.25]:

назначения и конструктивных особенностей проектируемого сооружения;

величины и характера нагрузок, воздействующих на основание;

инженерно-геологических условий площадки строительства (физикомеханических свойств грунтов, характера напластований);

гидрогеологических условий площадки и возможных их изменений в процессе строительства и эксплуатации сооружений;

глубины сезонного промерзания грунтов.

При выборе глубины заложения фундаментов рекомендуется предусматривать заглубление в несущий слой грунта не менее чем на 0,5 м, учитывая возможность наклонного расположения слоѐв.

Нормативная глубина сезонного промерзания грунта dfn [3, п. 2.26], если она принимается равной средней из ежегодных максимальных глубин сезонного промерзания грунтов под открытой, оголенной от снега поверхностью горизонтальной площадки. При отсутствии данных многолетних наблюдений нормативную глубину сезонного промерзания определяют на основе теплотехнических расчетов. Для районов, где глубина промерзания менее 2,5 метра, нормативную глубину сезонного промерзания определяется по формуле

d fn do М t ,			(3.1)

где Мt – коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном климатическом рай-

df = khdfn ,

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.