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 W_L и влажности на границе раскатывания W_р грунт относится к глинистым, если же они отсутствуют – к песчаным.

При определении физико-механических характеристик грунтов следует помнить, что число пластичности I_p и показатель текучести I_L 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/м^3

Удельный вес твердых

γs= ρs g

частиц γs, кН/м^3

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/м^3

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 - γ_ω=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 I_p и показателю текучести I_L 1, таблица Б.16, Б.19:

1 По числу пластичности I_p:

Супесь, если 0,01I_p  0,07; суглинок, если 0,07I_p  0,17; глина, если I_p0,17.

2. По показателю текучести I_L: Супеси:

твердые I_L  0; пластичные 0 I_L  1,0; текучие I_L1,0. Суглинки и глины:

твердые I_L0; полутвердые 0  I_L  0,25; тугопластичные 0,25  I_L  0,5; мягко-пластичные 0,5  I_L  0,75; текучепластичные 0,75 I_L  1,0; текучие I_L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];

2. по степени влажности в зависимости от значения коэффициента водонасы-щения S_r (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 (I_L<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 R_о 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 – S_r=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 R_о=368,9 кПа [2, приложение 24, таблица 1]:

глина – I_p = 0,254 > 0,17 [1, таблица Б.16];

полутвердое состояние – 0 < I_L=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 Р_П, являющаяся суммарной равнодействующей сил

Р_П/2, соответствующих давлению от примыкающих к данной опоре двух про-летных строений; сила воздействия на опору Р_тр от временной подвижной вертикальной нагрузки,

являющаяся равнодействующей сил Р_тр/2, полученных от загрузки примыкаю-щих к опоре пролетов; масса опоры Р_о – собственная масса надфундаментной части опоры.

горизонтальная нагрузка –

8

горизонтальная составляющая Т силы воздействия на опору Р_тр 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