Расчет фундамента мелкого заложения по заданных схемах моста и опор

ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Кафедра «Основания и фундаменты»

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

Студент         Ефимов В.М.            Группа            МТ-202         Шифр             790

Схема моста

 

Нагрузки, мН, эксцентриситет, м			Размеры опоры ,м			Глубина, м
∑P0	∑H0	l0	A0	B0	L0	HB	HР
15.5	1.25	0.2	10.1	3.3	10.5	4.5	1.3

     Схема опоры

№ слоя	Мощность, м	Описание	Геологический разрез	Нормативные  характеристики
				γS, кН/м3	γ, кН/м3	ω	ωl	ωp	с, кПа	φ	E,МПа
1.	4.5	вода
2.	1	песок мелкий заиленный темно-серый	aQ4	26.0	16.2	0.38	-	-	5	20	6
3.	9	песок средней крупности серый кварцевый	aQ4	26.4	19.5	0.17	-	-	-	36	32
4.	7	песок гравелистый	fgQ3	26.6	18.2	0.12	-	-	-	38	30
5.	-	глина голубовато- серая слоистая	Ө1	27.5	21.0	0.16	0.33	0.15	42	24	45

Подпись преподавателяДата

1.  Анализ строительных свойств грунтов основания.

1)  Песок мелкий заиленный темно-серый.

Последовательно определяем:

Удельный вес сухого грунта.

 кН/м³

Пористость.

 

Коэффициент пористости.

(Песок рыхлый, грунт не может служить в качестве основания)     

Степень влажности.

(По степени влажности песок насыщен водой).

2)  Песок средней крупности серый кварцевый.

Последовательно определяем:

 кН/м³;

;

,(Песок средней плотности);

(По степени влажности песок влажный).

Условное сопротивление влажного песка средней крупности R^׳  = 275 кПа.

3)  Песок гравелистый.

Последовательно определяем:

 кН/м³;

;

,(Песок средней плотности);

(По степени влажности песок маловлажный).

Условное сопротивление влажного  гравелистого песка R^׳  = 350 кПа.

4)  Глина голубовато-серая слоистая.

Последовательно определяем:

 кН/м³;

;

Число пластичности.

Грунт – глина.

     Показатель текучести.

Глина находится в полутвердом состоянии.

Условное сопротивление глины  R^׳ = 451,5 кПа.

II. Конструирование фундамента.

Назначаем минимальные размеры фундамента. Размеры подошвы опоры: B₀ = 3,3 м,

A₀ = 10,5 м. Минимальная площадь подошвы фундамента F_min = (3,3+2∙0,5)∙(10,5+2∙

∙0,5) = 49,45 м². Ширина обреза С = 0,5 м. Подошву закладываем на отметке 31,70(на

2,5 м ниже линии теоретического размыва). Плоскость обреза находится на 0,5 м ниже ГМВ. Таким образом, высота фундамента h_ф =7,8 м. (рис.1).

                          

  Рис. 1                                       Рис. 2

III. Расчет по I группе предельных состояний.

1.  Определение напряжений по подошве фундаментов.

Объем фундамента

 м³ .

Нормативный вес фундамента определяется без учета взвешивающего воздействия воды(что идет в запас прочности)

 кН, где γ_б =24 кН/м³ – удельный вес бетона;

Вес воды на обрезах

 кН

(при определении веса воды принимаем очертание отпечатка опоры прямоугольным).

          Определяем расчетные нагрузки на фундамент(в уровне подошвы):

 кН;

 кН;

кН∙м

Определим напряжения по подошве фундамента:

;   кПа ;   м³

;  ;

кПа;  кПа

          Определяем расчетное сопротивление:

R = 1.7 (R₀ (1 + k₁(b-2)) + k₂ γ(d – 3)    , где

k₁ = 0.1     и        k₂ = 3.0

R = 1,7 (275(1 + 0,1(4,3-2))  = 575 кПа.

 кПа;   кПа; .

Выполняется только одна проверка из трех, поэтому увеличиваем размеры подошвы фундамента до величин, указанных на рис.2.

Определим площадь подошвы

F = 15,1*8,3 = 125,33 м².

Проверяем значение коэффициента α₀

 _‹ α_{0 пред.} = 30^º,

где 0,5 м  - ширина уступа фундамента

 1,0 м  - высота уступа.

     Вес фундамента:

 кН;

Песок мелкий заиленный темно-серый.         Песок средней крупности серый кварцевый.

Характеристики Вид пред. состояния	γ, кН/м3	с, кПа	φ
Нормативные	16..2	5	20
I предельное	17.82	7	22
II предельное	17.01	5.5	21

Характеристики Вид пред. состояния	γ, кН/м3	с, кПа	φ
Нормативные	19.5	-	36
I предельное	21.45	-	39.6
II предельное	20.48	-	37.8

             

Песок гравелистый.                    Глина голубовато-серая слоистая.

Характеристики Вид пред. состояния	γ, кН/м3	с, кПа	φ
Нормативные	18.2	-	38
I предельное	20.02	-	41.8
II предельное	19.11	-	39.9

Характеристики Вид пред. состояния	γ, кН/м3	с, кПа	φ
Нормативные	21.0	42	24
I предельное	23.1	58.8	26.4
II предельное	22.05	46.2	25.2

Вес грунта на уступах:

Вес воды на уступах:

кН;

 кН;

 кН∙м

Определим напряжения по подошве фундамента:

;     кПа ;   м³

;  ;

кПа;  кПа

          Определяем расчетное сопротивление:

R = 1.7 (R₀ (1 + k₁(b-2)) + k₂ γ(h – 3)    , где

k₁ = 0.1     и        k₂ = 3.0

R = 1,7 (275(1 + 0,1(6-2))+ 3∙20.61(4.3 - 3)  = 792.17 кПа.

 кПа;   кПа; .

Условия прочности основания выполнены. Принимаем размеры фундамента за окончательные.

2.  Проверка на опрокидывание

; где

          m_опр – коэффициент условий работы, равный 0,8 при нескальном основании;

 γ_n – коэффициент надежности, равный 1,1.

 кНм – опрокидывающий момент.  кНм –

удерживающий момент.

Условие безопасности от опрокидывания выполнено.

3.  Проверка на опрокидывание

Условие проверки имеет вид:

; где

ψ – коэффициент трения,

- коэффициент условий работы, принимаемый равным 0,9,

 - коэффициент надежности, равный 1,1.

кН; ψ = 0,40(для песков);

Условие безопасности от сдвига выполнено.

IV. Расчет по II группе предельных состояний

1.Проверка положения равнодействующей

Определяем расчетные величины момента  и вертикальной нагрузки :

 кН,

кНм.

          Определяем эксцентриситет приложения равнодействующей:

          , ;

e_{0 <} ρ.

Условие требуемого положения равнодействующей выполняется.

2.Расчет осадки фундамента

Осадка фундамента определяется от действия постоянных  расчетных нагрузок  без учета фактора размыва грунта у опоры.

Учитывая отсутствие размыва, пересчитываем нормативные нагрузки от веса грунта и воды на уступах фундамента:

 Тогда,  кН.

          Находим величину среднего давления:

 ; кПа.

Строим эпюры бытовых и уплотняющих давлений.

Слой песка  средней крупности серого кварцевого на 3 слоя(2;1,5;1,2м), слой песка гравелистого разбиваем на 4 слоя ( 3 по 2м, 1слой – 1м). Поверхность глины голубовато-серой слоистой принимаем за водоупор. Определяем ординаты бытового давления:

          ;  ; кН/м³;

            кПа

          ;  кН/м³;

             кПа;

          ;  кПа;

          ;  кПа;

          ;  кПа.

          Определяем ординаты уплотняющих давлений:

   кПа.

Сравнивая ординаты эпюр уплотняющих и бытовых давлений (p_б = 5p(z)), получаем, что граница сжимаемой толщи находится на отметке 18,50м.

Определяем расчетную осадку методом послойного суммирования

,

где     h_i – мощность i-го слоя, см;

 - средняя величина уплотняющего давления в i-том слое, кПа(определяется как полусумма давлений, действующих на границах i-того слоя);

E_i  - модуль деформации грунта i-го слоя, кПа.

          Расчетная величина осадки определяется как сумма осадок элементарных слоев в пределах сжимаемой толщи основания

,

где n – число элементарных слоев в пределах сжимаемой толщи.

; ;

;          ;

;            ;

.

,

где   S_u – допустимая осадка;

          L – длина наименьшего пролета, примыкающего к данной опоре.

          , S_p<S_u.  6,67см < 11,27 см.

          Проверка выполнена. Расчет фундамента мелкого заложения закончен.