- •1 Варианты курсового проектирования
- •2 Исходные данные
- •3 Проектирование фундамента мелкого заложения на естественном основании
- •4 Проектирование свайного фундамента
- •5 Технико-экономическое сравнение вариантов фундаментов
- •6 Общая характеристика курсового проекта
- •Раздел 1. Земляные работы
- •Раздел 2.2. Буронабивные сваи
- •Раздел 6. Демонтаж шпунтового ограждения
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 инженерно-геологических условий строительной площадки и разработано для выполнения курсового проекта «Фундамент опоры моста», который выполняется студен-тами 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) дав-ление от собственного веса сооружения и действующих на него нагрузок.
Фундаменты мостовых опор возводят в сложных гидрогеологических усло-виях, что обуславливает применение конструкций и способов устройства, как правило, во многом отличающихся от фундаментов промышленных зданий.
Задачи повышения экономической эффективности транспортного строи-тельства должны решаться в неразрывной связи с повышением качества и на-дежности фундаментов строящихся объектов.
Для проектирования фундаментов необходимо знать достоверные исходные данные, позволяющие выполнить расчет по несущей способности, устойчиво-сти и деформациям грунтов, на которые они опираются.
В рамках курсового проекта изучаются вопросы проектирования и сооруже-ния фундаментов мостов с целью обеспечения их требуемой надежности и дол-говечности при минимальных затратах материалов, труда и средств.
Для того чтобы для проектируемой опоры моста найти наиболее целесооб-разное и обоснование решение фундамента, необходимо комплексное рассмот-рение вопросов геологии строительной площадки, поведения грунта при на-грузке и способов производства работ по его возведению. В этой связи необхо-димо применять вариантное проектирование и принимать наиболее экономиче-ски целесообразное и конструктивно обоснованное решение фундамента опоры моста.
При выполнении курсового проекта рассматриваются 2 варианта фундамен-тов. Это, как правило, вариант фундамента мелкого заложения и свайный. Рас-чет вариантов фундаментов производится по двум группам предельных состоя-ний – 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 сооруже-ний необходимо определить их физико-механические свойства и полное на-именование. Рекомендуется составить сводную ведомость физико-
4
механических свойств грунтов (таблица 2.1), в которую выписываются по каж-дому слою известные характеристики из исходных данных. При этом по нали-чию 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/м |
3 |
|
|
|
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 |
S |
|
|
s W |
|
|
|
|
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
грунта Sг, д.е. |
|
r |
|
|
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 со-противление R0 , кПа
Примечание - Удельный вес воды - γω=10 кН/м3; ускорение свободного па-дения 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 пластично-сти Ip и показателю текучести IL 1, таблица Б.16, Б.19:
1 По числу пластичности Ip:
Супесь, если 0,01Ip 0,07; суглинок, если 0,07Ip 0,17; глина, если Ip0,17.
По показателю текучести IL: Супеси:
твердые IL 0; пластичные 0 IL 1,0; текучие IL1,0. Суглинки и глины:
твердые IL0; полутвердые 0 IL 0,25; тугопластичные 0,25 IL 0,5; мягко-пластичные 0,5 IL 0,75; текучепластичные 0,75 IL 1,0; текучие IL1,0.
Полное наименование песчаного грунта определяется:
1) по гранулометрическому составу (таблица 2.2) [1, таблица Б.9];
6
по плотности сложения (по коэффициенту пористости е) (таблица 2.3) [1, таблица Б.12];
по степени влажности в зависимости от значения коэффициента водонасы-щения 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 последова-тельно суммируются проценты содержания частиц исследуемого грунта: снача-ла крупнее 1,0 мм, затем крупнее 0,5 мм и т.д. Наименование принимается по первому удовлетворяющему показателю в порядке расположения наименова-ний 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 прило-жению 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 характери-стик, 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 дефор-мации 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 полутв рдая – 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 грун-та. Отметка поверхности природного рельефа 215,3 м. 1 и 3 слои грунтов могут служить основанием для фундамента, т.к. обладают достаточной несущей спо-собностью. 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 руковод-ствоваться 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 сле-дующие основные нагрузки:
вертикальные нагрузки – масса пролетных строений РП, являющаяся суммарной равнодействующей сил
РП/2, соответствующих давлению от примыкающих к данной опоре двух про-летных строений; сила воздействия на опору Ртр от временной подвижной вертикальной нагрузки,
являющаяся равнодействующей сил Ртр/2, полученных от загрузки примыкаю-щих 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 че-тыре вида нагрузок, что позволяет в основном усвоить методику расчетов осно-ваний 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 |
|
|