Проектирование конструкции фундамента ІІ типа сооружения

Введение.

В связи с интенсивным развитием транспортного строительства в нашей стране большое значение приобретают вопросы устройства оснований и фундаментов мостовых опор.

Возводятся эти сооружения в разнообразных инженерно-геологических, гидрогеологических и климатических условиях, что требует индивидуального подхода в каждом конкретном случае.

При выполнении проекта необходимо выбрать рациональную конструкцию фундамента в соответствии с заданной инженерно-геологической и гидрогеологической обстановкой.

1.  Исходные данные для проектирования.

1.1  Тип сооружения (мостовой опоры).

В данном курсовом проекте задан тип сооружения – II, который представлен на рис.

1.2  Вариант нагрузок

В соответствии с номером, указанным в задании (I), для заданного типа опоры в методических указаниях приводится таблица нормативных величин, действующих на нее нагрузок. Выписка из этой таблицы приводится ниже в таблице ниже.

                                                                                           Таблица 1.1

Наименование	Обозначение	Величина
Расчетный пролет, м	lo	66
Вес опоры до обреза фундамента	PА	5200
Нагрузки от веса пролетных строений	РF	2170
Нагрузки от подвижного состава в двух пролетах	Рn	9200
Нагрузки от торможения или силы тяги	Рnh	460
Продольная ветровая нагрузка на пролетное строение	РW1	150
Продольная ветровая нагрузка на опору	РW2	110
Поперечная ветровая нагрузка на пролетное строение	РW3	260
Поперечная ветровая нагрузка на подвижной состав	РW4	200
Поперечная ветровая нагрузка на опору	РW5	30
Горизонтальная ледовая нагрузка	Р1	1400
Расстояние от обреза фундамента до линии действия сил, м:    РW3	l3	21,0
РW4	l4	19,2

1.3  Инженерно-геологические данные.

Основание опоры задается из трех слоев грунта. В задании указываются отметки границ и номера грунтов, слагающих основание. Эти данные также представлены на рис. 1.1. В соответствии с номерами грунтов их физико-механические характеристики, а в случае песчаных грунтов – также и гранулометрический состав, приводятся в таблице 1.2.

Гидрогеологические условия задаются глубиной воды в реке и глубиной местного размыва у опоры (рис. 1.1).

2.  Инженерно-геологические условия.

Найдем дополнительные характеристики грунтов.

1)  Для песков:

а) определим наименование грунта по гранулометрическому составу. Наименование типа грунта принимается по первому удовлетворяющему показателю в порядке их расположения в таблице по классификационным признакам грунта (табл. П.3.1 [1]). В данном курсовом проекте задан песчаный грунт №7. Первое удовлетворяющее условие: масса частиц крупнее 0,1 мм составляет не менее 75% (80%), следовательно, заданный песок – мелкий;

б) коэффициент пористости

е=(r_s-r_d)/r_d ; r_d=r/(1+w),

где r_s – плотность частиц, r_d – плотность сухого грунта, r - плотность грунта, w - природная влажность грунта.

е=r_s(1+w)/r - 1; е=2,65(1+0,210)/2,06 – 1=0,557. По коэффициенту пористости определяется плотность сложения грунтов (табл. П.3.2 [1]). При е=0,557 пески мелкие являются плотными.

в) степень влажности

S_r=r_sw/er_w.

S_r=2,65×0,21/0,557×1=0,999. По степени влажности данный песчаный грунт относится к насыщенному водой (табл. П.3.3 [1]).

г) определим условное сопротивление грунта R_о (табл. П.4.1 [1] ):для мелкого песка R_о=147 кПа, так как заданный песок плотный нужно приведенное значение увеличить на 60%. Отсюда R_о=147×1,6=235 кПа.

2)  Для глинистых грунтов:

грунт № 20:

а) коэффициент пористости е=r_s(1+w)/r - 1 (см. ранее); е=2,7(1+0,259)/2,00 - 1=0,69965;

б) степень влажности S_r=r_sw/er_w (см. ранее); S_r=2,7×0,259/0,69965×1=0,9995 – грунт насыщен водой;

в) для глинистых грунтов, кроме того, определим число пластичности I_p=(w_L-w_P)100%;

I_p=(0,291 – 0,251)100%=13%, то есть в соответствии с таблицей П.3.4 [1] данный грунт является суглинком;

г) показатель текучести для глинистого грунта вычисляется по формуле:

I_L=(w - w_p)/(w_L - w_p);

I_L=(0,259 – 0,251)/(0,291 – 0,251)=0,2. Исходя из таблицы П.3.5 [1], по консистенции данный суглинок относится к полутвердым;

д) условное сопротивление грунта R_о=245 кПа (табл. П.4.1 [1] ).

грунт № 26:

а) коэффициент пористости е=2,74(1+0,29)/1,97 – 1=0,5;

б) степень влажности S_r=2,74×0,29/0,79×1=1,0 - грунт насыщен водой;

в) число пластичности I_p=(0,479 – 0,209)×100=27% - грунт является глиной;

г) показатель текучести I_L=(0,29 – 0,209)/(0,479 – 0,209)=0,2 – глина полутвердая;

д) условное сопротивление грунта R_о=343 кПа.

Таблица результатов обработки инженерно-геологических данных приводится ниже (табл. 1.3).

                                                                                                         Таблица 1.3.  

Номер слоя	Номер грунта	е	Sr	Ip	IL	Наименование грунта	Ro, кПа
1	7	0,56	0,999	-	-	песок мелкий плотный	235
2	20	0,7	0,999	13	0,2	Суглинок полутвердый	245
3	26	0,5	0,1	20	0,2	глина полутвердая	343

3.  Сочетания нагрузок.

В плоскости обреза фундамента действует ряд нагрузок. Для проектирования фундаментов используют различные сочетания нагрузок. Нормативные величины нагрузок регламентируются нормами [2]. Величины нагрузок, используемые в расчетах фундаментов и их оснований по предельным состояниям, принимают с коэффициентами надежности по нагрузке g_f и коэффициентами сочетаний h£1, учитывающий уменьшение вероятности одновременного появления расчетных нагрузок. Величины этих коэффициентов также задаются нормами [2] и зависят от вида нагрузки, сочетания нагрузок и расчета, для которого оно составлено.

К вертикальной нагрузке от подвижного состава вводится дополнительный коэффициент 1+m (в данном курсовом проекте он принят равным 1).

В расчетах оснований по второй группе предельных состояний (по деформациям) используются сочетания нагрузок, в которых для всех видов нагрузок принимается g_f =1.

Для составления сочетаний нагрузок в плоскости обреза фундамента примем прямоугольную систему координат xyz, как показано на рисунке        . Начало координат совместим с центром тяжести сечения фундамента в плоскости обреза, ось x направим вдоль оси опоры, ось y – вдоль оси моста, ось z – вертикально вниз. Нагрузки, действующие в плоскости моста (yoz), приведем к вертикальной составляющей F_u^o, горизонтальной составляющей F_hy^o и моменту M_x^o. Нагрузки, действующие поперек моста, соответственно приводим к величинам F_u^o, F_hx^o , M_y^o. Верхний индекс этих величин показывает, что эти нагрузки действуют в плоскости обреза фундамента.