Проектирования фундаментов мелкого и глубокого заложения в обычных грунтовых условиях

Содержание.

 

Введение.
1. Содержание, объём и оформление  курсовой работы.
2. Исходные данные.
3. Проектирование фундамента мелкого  заложения.
3.1. Определение минимально возможной  глубины заложения фундамента  и его высоты.
3.1.1. Определение глубины заложения  фундамента, возводимого на водотоке.
3.1.2. Определение высоты фундамента.
3.2. Определение расчётных усилий, действующих  в уровне подошвы фундамента.
3.3. Определение расчётного сопротивления  грунта основания осевому сжатию.
3.4. Расчёт основания и фундамента  по первой группе предельных  состояний.
3.4.1. Расчёт по несущей способности  основания.
3.4.2. Расчёт фундамента по устойчивости  против опрокидывания.
3.5. Расчёт основания и фундамента  по второй группе предельных  состояний.
3.5.1. Определение осадки основания  фундамента.
3.5.2. Определение крена фундамента.
4. Проектирование фундамента глубокого  заложения.
4.1. Определение глубины заложения  ростверка и его размеров.
4.2. Выбор длины и размеров поперечного  сечения свай.
4.3. Определение несущей способности  одиночной сваи в составе свайного               фундамента.
4.4. Размещение свай под подошвой  ростверка.
4.5. Определение расчётной нагрузки  на одиночную сваю в составе свайного        фундамента.
5. Технико-экономическое сравнение  вариантов фундамента.

 

Введение

 

Настоящие методические указания предназначены для использования при выполнении курсовой работы по дисциплине «Основания и фундаменты» и имеют целью дать порядок и технику проектирования фундаментов мелкого и глубокого заложения в обычных грунтовых  условиях (на природных нескальных и не специфических грунтах).

Методические  указания состоят из пяти разделов:

1. Содержание, объём и оформление курсовой  работы;

2. Исходные  данные;

3. Проектирование  фундамента мелкого заложения;

4. Проектирование  фундамента глубокого заложения  (свайного);

5. Технико-экономическое  сравнение вариантов фундамента.

Третий и  четвёртый разделы, кроме методических указаний и необходимых расчётных  формул, содержат примеры, облегчающие  студенту усвоение необходимых навыков  и техники расчёта и конструирования  оснований и фундаментов.

В конце указаний имеются три приложения и библиографический  список литературы (методические указания, учебники и нормативные документы), ссылки на которые имеются в тексте.

Приложение 1. Содержит сведения, необходимые для  формирования таблицы исходных данных.

Приложение 2. Содержит сведения, необходимые для  выполнения расчётов.

Приложение 3. Содержит образец титульного листа, образец таблицы исходных данных и образцы чертежей для выполнения графической части работы.

 

 

 

 

1. Содержание, объём и оформление  курсовой работы

 

В процессе выполнения курсовой работы студент должен запроектировать  фундамент под промежуточную  опору моста в двух вариантах:

 -  жёсткий фундамент мелкого заложения на естественном основании;

- свайный фундамент  с низким жёстким ростверком.

Мост, в зависимости  от заданных инженерно-геологических  условий площадки, может возводиться на водотоке (рис.1.1 и 1.2).

В соответствии со своими исходными данными необходимо:

в первом варианте (фундамент мелкого заложения на естественном основании)

- определить, исходя из инженерно-геологических  условий строительной площадки  и района строительства, глубину  заложения и высоту фундамента;

- определить  расчётные усилия, действующие в  уровне подошвы фундамента;

- выполнить  расчёт фундамента по первой  группе предельных состояний,  включающий определение размеров  подошвы фундамента  и проверку  его на устойчивость против  опрокидывания;

- выполнить  расчёт основания фундамента  по второй группе предельных  состояний, включающий определение  совместной осадки основания  и опоры и крен фундамента;

- выполнить  рабочий чертёж фундамента;

во втором варианте (свайный фундамент с низким жёстким ростверком)

- определить  глубину заложения и высоту  ростверка, исходя из инженерно-геологических  условий строительной площадки, района строительства и конструктивных  соображений; 

- определить  расчётные усилия, действующие в  уровне подошвы фундамента;

- выбрать,  исходя из конструктивных соображений,  размеры поперечного сечения  свай;

- определить, исходя из инженерно-геологических  условий строительной площадки, наименьшую возможную длину свай;

- определить  несущую способность принятой  сваи;

- определить  требуемое количество свай и  разместить их в пределах контура  подошвы ростверка;

- выполнить  проверку несущей способности  полученного свайного фундамента  и, при необходимости, скорректировать  либо длину свай, либо их количество  и размещение в пределах контура  подошвы ростверка;

- подобрать,  из конструктивных соображений,  необходимую арматуру и выполнить  рабочий чертёж фундамента.

После завершения расчётов и конструирования фундаментов  выполняется технико-экономическое  сравнение вариантов.

 

           

 

 

 

         2. Исходные данные

 

Исходными данными  для выполнения курсовой работы являются:

- инженерно-геологические  условия строительной площадки  и физико-механические характеристики грунтов основания (таблица 1);

- район строительства,  отметка нижней поверхности льда  и глубина местного размыва на водотоке;

- конструктивные  схемы моста и фундаментов  под промежуточную опору, принимаемые,  в зависимости от инженерно-геологических  условий строительной площадки, по  рисункам 1.1., 1.2.;

- конструктивные  схемы промежуточной опоры моста  и фундаментов под неё, принимаемые  в соответствии с рисунками  2.1. и 2.2.;

- необходимые  для расчёта геометрические параметры моста, промежуточной опоры и обреза фундамента, принимаемые по рисункам 2.1., 2.2.;

- нормативные  нагрузки на промежуточную опору;

- схемы приложения  нагрузок на промежуточную опору  и фундаменты, принимаемые по  рисункам 2.3 и 2.4.;

 

 

3. Проектирование фундамента мелкого  заложения

 

Конструктивная  схема фундамента мелкого заложения  и основные параметры, её определяющие, приведены на рис.2.1. Такие фундаменты проектируются монолитными из бетона класса по прочности на сжатие не ниже В20.

3.1. Определение  глубины заложения фундамента  и его высоты

 

Глубина заложения любого фундамента должна быть такой, чтобы надёжная и  безопасная эксплуатация сооружения обеспечивалась при минимальных затратах на его возведение. Выполнение этого условия, при заданной конструкции фундамента, достигается за счёт рационального выбора наименьшей (из возможных) глубины его заложения. 

Глубина заложения  фундаментов определяется:

а) положением несущего слоя грунта основания в зависимости от инженерно-геологи-ческих условий площадки строительства;

б) глубиной возможного размыва грунта у фундамента при  возведении его на водотоке;

в) глубиной сезонного  промерзания грунтов при возведении фундамента на суходоле;

г) величиной  нагрузок на фундамент и величиной  расчётного сопротивления грунта несущего слоя;

Следует иметь  в виду, что в качестве несущего слоя не могут использоваться растительные и слабые грунты. К слабым грунтам (при возведении фундаментов под  опоры мостов) относятся рыхлые пески  и глинистые грунты с показателем  текучести I_L > 0,6. Такие грунты должны прорезаться фундаментом до слоя надёжного грунта, который и принимается за несущий. В несущий слой подошва фундамента мелкого заложения должна заглубляться не менее чем на 0,5 м. Кроме того, при возможности размыва грунта, фундамент мостовой опоры должен быть заглублен не менее чем 2,5 м от дна водотока после его размыва расчётным паводком.

 

3.1.1. Определение глубины заложения  фундамента, возводимого на водотоке

 

Исходя только из инженерно-геологических условий  минимальная глубина заложения  фундамента d будет:

d = h_{нес. сл.} + 0,5 ,                                                       (3.1)         

где h_{нес. сл.} – глубина подошвы слоя, предшествующего несущему, м.   

                                              d=16,1+0,5=16,6  м;

Исходя из инженерно-геологических условий  и возможности размыва грунта минимальная глубина заложения  фундамента d будет:

d = h_w + h_p + 2,5 ,                                                  (3.2)

                                             d=1,9+0,7+2,5=5,1  м;

где h_w - глубина водотока, м;

h_p - глубина размыва грунта, м.

За  окончательную минимально возможную глубину заложения фундамента d принимается наибольшая из двух величин, вычисленных по формулам (3.1) и (3.2).

 

3.1.2. Определение высоты фундамента

Высота  фундамента h_ф (Рис.2.1) определяется как разность отметок его подошвы и обреза и находится из выражения:

 

       h_ф = d – d_обр. ,                                                                 (3.4)

 

где d – глубина заложения фундамента, м;

d_обр. – расстояние от условной нулевой отметки (Рис.1.1 – 1.2) до обреза фундамента, принимаемое для:

- фундаментов,  возводимых на водотоке – не  менее 0,5 м и не выше нижней поверхности льда (таблица 2 приложения 1) плюс 0,25 м;

 

h_ф =16,6 – (- 0,15)=16,75  м;

3.2. Определение расчётных усилий, действующие в уровне подошвы

                   фундамента

В общем случае на фундамент промежуточной опоры  моста действуют, в различных  сочетаниях, 18 нагрузок и воздействий (Табл.5 [2]). В курсовой работе рассмотрен упрощённый вариант действия постоянных и временных нагрузок, схема которых дана на Рис.2.3.  Эти нагрузки можно привести к двум усилиям, приложенным в центре тяжести площади подошвы фундамента (Рис.3.1):

- вертикальному  расчётному усилию N, определяемому как сумму всех вертикальных нагрузок, приведенных на Рис.2.3, кН:

                                                    N = F_d + F_t + G_оп + G_ф;                                                         (3.5)

 

                                                    N=3036+7638,3+3841,51+289541,56=304057,37

 

- расчётному  моменту М относительно оси  х-х (рис.3.1) от горизонтальной нагрузки Т, кН*м:

                                                    М = Т(h_оп + h_ф),                                                                    (3.6)

 

                                                    M=465(7,2+16,75)=11136,75 кН*м;

 

где F_d, F_t, G_оп, G_ф, Т, h_оп, h_ф – то же, что и на рис. 2.3;

                                                    F_d =  g_f F_dⁿ;                                                                            (3.7)

 

  а)                                              F_{d=1,2*2530=3036}

 

                                                    F_t =  g_f (1 + m) F_tⁿ;                                                                 (3.7)

 

 б) F_{t=1,2*1,23*5175=7638,3}

 

                                                    Т =  g_f(1 + m)Т ⁿ;                                                                    (3.7)

 

 в)         T=1,2*1,23*315=465

 

                                                    F_dⁿ =  q_dⁿL;                                                                             (3.8)

 

а)           F_d^{n=110*23=2530}

 

                                                    F_tⁿ =  q_tⁿL;                                                                              (3.8)

 

 б)         F_t^{n   =225*23=5175}                    

 

 

L – пролёт моста (рис.1.1), м;

Т ⁿ - нормативная величина горизонтальной нагрузки на опору, кН;

q_dⁿ, q_tⁿ – нормативные величины постоянных и временных равномерно распределённых нагрузок на пролётные строения, приведенные в табл.4 приложения 1, кН / м;

g_f – коэффициенты надёжности по нагрузке;

(1 + m) – динамический коэффициент к нагрузкам от подвижного состава.