Расчет свайного фундамента

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Ростовский государственный университет путей сообщения»

(ФГБОУ ВПО РГУПС)

Кафедра «Изыскания, проектирование и строительство железных дорог»

Расчетно-графическая работа

по дисциплине «Основания и фундаменты транспортных сооружений»

Студент группы:

СИС-3-010 Бурьянов Д.В.

Руководитель работы Л.А. Петренко

Ростов-на-Дону

2014 г.

Содержание

1. Исходные данные для проектирования

2. Анализ грунтовых условий строительной площадки

3. Расчет свайного фундамента по первой группе предельных состояний

3.1 Выбор материала ростверка, назначение его размеров и глубины заложения

3.2 Выбор конструкции и размеров свай

3.2 Расчет по прочности материала свай

3.4 Расчет по прочности грунта основания свай

3.5 Определение количества свай и размещение их в ростверке

3.6 Расчет свайного фундамента по несущей способности

3.7 Проверка несущей способности по грунту свайного фундамента

как условно массивного

4. Расчет свайного фундамента по второй группе предельных состояний

Список используемой литературы

Введение

Сваями называют погружаемые в грунт или сформированные в грунте в вертикальном или наклонном положении длинные элементы, передающие нагрузку на нижележащие слои грунта основания. Свайным фундаментом называется группа свай, объединенных в верхней части в единую конструкцию плитой - ростверком. Ростверк является несущей конструкцией и служит для опирания опоры моста. Свайные фундаменты применяют при наличии в верхней зоне основания слабых грунтов, когда возникает необходимость передачи нагрузки от сооружения на более плотные слои грунта, залегающие на значительной глубине (более 5 м).

Различают свайные фундаменты с низким ростверком, промежуточным и высоким. Подошва высокого ростверка возвышается над поверхностью грунта, низкий ростверк заглублен в грунт, а подошва промежуточного ростверка расположена на поверхности грунта. Отличительной особенностью между этими видами конструкций является то, что при воздействии на них горизонтальной нагрузки в низких свайных ростверках по боковым граням возникает отпор грунта, а в промежуточных и высоких свайных ростверках этот отпор отсутствует.

Фундаменты с низким ростверком применяют на сухих местах, на реках с тяжелым ледовым режимом, а также в поймах рек и в пределах мелких водоемов при глубине воды не более 3 м, когда необходимо заглубить обрез фундамента ниже поверхности грунта или самого низкого уровня воды. Кроме того, такие фундаменты применяют при необходимости заглубления свай ниже зоны истирающего воздействия песчаных и галечных наносов. Основным конструктивным элементом свайного фундамента являются сваи. В расчетно-графической работе, прежде всего, рассматривается возможность применения забивных железобетонных свай сплошного квадратного сечения размерами от 300х300 до 400х400 мм и длиной 5 - 20 м.



Схема надфундаментной части опоры железнодорожного моста

1. Исходные данные

Исходные данные при выполнении расчетов принимаются по вариантам, соответственно заданию на расчетно-графическую работу.

Данные о грунтах в заданных геологических разрезах принимаются по табл. соответственно заданию на расчетно-графическую работу.

Таблица 1.1 - Варианты геологических разрезов

Номер варианта	Коэффициент Мt	Послойно № грунта/мощность слоя, м
		1-й слой	2-й слой	3-й слой	4-й слой
27	22	32/3,3	10/6,3	23/11,3	3

Таблица 1.2 - Физико-механические характеристики грунтов

Номер грунта	сs, т/м3	с, т/м3	w, д.е.	wL, %	wp, %	ц, град	С, кПа	E, кПа
32	2,69	1,78	0,28	35	20	14	14	8000
10	2,66	1,98	0,18	-	-	39	-	40000
23	2,69	1,93	0,20	26	20	23	6	16000
3	2,66	1,95	0,20	-	-	41	-	33000

Таблица 1.3 - Геометрические размеры, нагрузки, коэффициенты

Номер варианта	а0, м	b0, м	h0, м	Пролет lп, м	Nо, кН	Nп, кН	Nвр, кН	гf для Nвр	Fhx, кН	Fhy, кН
13	12.8	5.7	14	127	24940	4320	17700	1,11	1770	1050

Таблица 1.4 - Гранулометрический состав песчаных грунтов

Номер грунта	>10 мм	10-5 мм	5-2 мм	2-1 мм	1-0,5 мм	0,5-0,25 мм	0,25-0,1 мм	< 0,1 мм
10		2	11	11	14	14	31	17
3	1	11	18	10	10	12	23	15

2. Анализ грунтовых условий строительной площадки

1-й слой. Вид - глинистый грунт, так как

Разновидности:

? по числу пластичности - суглинок;

? по показателю текучести - мягко пластичный.

Коэффициент пористости

.

Удельный вес грунта

кН/м3

Удельный вес твердых частиц грунта кН/м3

2-й слой. Вид - песчаный грунт, не пластичный, так как характеристики пластичности wL и wP отсутствуют.

Разновидности:

? по гранулометрическому составу - песок средней крупности, так как частиц крупнее 0,25>50%: 2%+11%+11%+14%+14%=52%;

? по плотности сложения, определяемой через коэффициент пористости - песок рыхлый;

? по степени водонасыщения ;

0,5 < 0,8 ? 0,8 - насыщенный водой.

Удельный вес грунта кН/м3

Удельный вес твердых частиц грунта кН/м3

3-й слой. Вид - глинистый грунт, так как .

Разновидности:

? по числу пластичности - супесь;

? по показателю текучести - пластичная.

Коэффициент пористости

.

Удельный вес грунта кН/м3

Удельный вес твердых частиц грунта кН/м3

4-й слой. Вид - песчаный грунт, не пластичный, так как характеристики пластичности wL и wP отсутствуют.

Разновидности:

? по гранулометрическому составу - песок гравилистый, так как частиц крупнее 2>25%: 1%+11%+18%=30%;

? по плотности сложения, определяемой через коэффициент пористости - песок средней плотности;

? по степени водонасыщения ;

0,8 < 0,82 < 1,0 - насыщенный водой.

Удельный вес грунта кН/м3

Удельный вес твердых частиц грунта кН/м3

Полученные результаты заносятся в таблицу.

Физико-механические характеристики грунта

Номер слоя	Толщина слоя, м	Исходные	Расчетные
		Плотность грунта с, кН/м3	Плотность частиц сs, кН/м3	Природная влажность w, %	Влажность на границе текучести wL, %	Влажность на границе раскатанности wP, %	Удельный вес грунта г(ysb), кН/м3	Удельный вес твердых частиц грунта гs, кН/м3	Число пластичности IP,%	Показатель текучести IL, %	Коэффициент пористости е	коэффициент водонасыщенности Sr
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
32	3,3	1,78	2,69	28	35	20	17,46	26,39	15	0,53	0,93	-
10	6,3	1,98	2,66	18	-	-	19,42	26,09	-	-	0,59	0,80
23	11,3	1,93	2,69	20	26	20	18,93	26,39	6	0	0,67	-
	4

Размещено на http://www.allbest.ru/

1,95	2,66	20	--	-	19,13	26,09	-	-	0,64	0,82

свай фундамент строительный

На основе проведенного анализа строится геологическая колонка (рис 1)

3. Расчет свайного фундамента по первой группе предельных состояний.

3.1 Выбор материала ростверка, назначение его размеров и глубины заложения

Свайный фундамент состоит из ростверка и куста свай. Ростверк представляет собой сплошную железобетонную плиту, размещаемую на 0.3 м ниже отметки земной поверхности.

Ширина и длина ростверка принимается на 0,3-0,5м больше ширины и длины опоры моста (а0, b0). В данном случае мы увеличиваем ширину и длину ростверка на 0,5м с каждой стороны (с=0,5)

ap= а0+2c;

ap=12.8+2*0.5=13.8м.

bp=b0+2c;

bp=5,7+2*0.5=6,7м.

Высота ростверка принимается из следующих соображений: свая должна быть заделана в тело ростверка на величину двух поперечных размеров сечения сваи, поэтому высоту ростверка примем равной 1.5м.

Расстояние между верхней гранью ростверка и верхним концом сваи должно быть не менее 0.5м для исключения продавливания плиты.

3.2 Выбор конструкции и размеров свай

Предварительно принимаем сваю СМ 6-30, класс бетона В 20, рабочая арматура четыре стержня диаметром d=12мм, класса А300. Сваю заглубляем в суглинок мягкопластичный.

3.3 Расчет по прочности материала свай

Несущая способность железобетонной сваи по материалу Fd, кН,

Fd = c(сbRbAb + RsсAs),

где c - коэффициент условий работы (c = 1);

- коэффициент продольного изгиба, для низкого ростверка = 1;

сb - коэффициент условий работы, принимаемый для свай сечением 300х300 мм и более сb = 1, для свай меньшего сечения - сb=0,9;

Rb - расчетное сопротивление бетона осевому сжатию, кПа Rb=10500кПа;

Ab - площадь поперечного сечения бетона сваи, м2 Ab=0.32=0,09м2;

Rsс - расчетное сопротивление арматуры сжатию, кПа Rsс=200000кПа;

As - площадь поперечного сечения продольной арматуры, м2 As=рd2/4=3.14*0,0122/4=0.00011м2.

Fd =1*1*(1*10500*0.09+200000*0.00011) =967кН

3.4 Расчет по прочности грунта основания свай

Несущую способность свай по грунтам основания определяем по формуле:

где c - коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый для забивных свай c = 1;

R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа;

A - площадь опирания на грунт сваи, м2, А=0,09м2;

u - наружный периметр поперечного сечения сваи, м, u=1,2м;

fi - расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа, где средняя глубина расположения слоя грунта соответствует расстоянию zi от поверхности грунта на суходолах и от дна водотока после общего размыва до середины i-го слоя грунта (рис. 5.2). Значение fi определяется путем интерполяции;

hi - толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м;

cR, cf - коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи на расчетные сопротивления cR=1, cf =1.

Расчетная схема к определению несущей способности сваи с привязкой к геологическому разрезу приведена на листе .

Расчетная схема

Таблица 2. - Расчет несущей способности свай

z, м	fi, кПа	hi, м
z1 = 2,85	f1 = 18,5	h1 = 1,5
z2 = 4,35	f2 = 54,05	h2 = 1,5
z3 = 5,85	f3 = 58,55	h3 = 1,5
z4 = 7,05	f4 = 59,58	h4 =0,9

Fd=1*(1*3700*0.09+1.2*(1*(18.5*1.5+54,05*1,5+58,55*1,5+59,58*0,9))=633кН

3.5 Определение количества свай и размещение их в ростверке.

Количество свай в фундаментах с низким ростверком предварительно определяется по формуле:

где k - коэффициент приближенно учитывающий вес ростверка и действие момента от горизонтальных сил, принимается k=1.2 - 1,4;

NI' - расчетная вертикальная нагрузка по обрезу ростверка, определяется по формуле

Fd - минимальная несущая способность сваи по грунту или материалу, кН;

гk - коэффициент надежности, принимаемый для фундаментов опор мостов с низким ростверком гk=1,4.

Определяем минимальную площадь: А=(b0+2c)*(a0+2c)=92,46 м2

Так как минимальная площадь недостаточна для размещения свай, то необходимо произвести увеличение размеров подошвы ростверка в пределах максимального угла развития 300 при принятой высоте ростверка

Длина ростверка a= 12,8+0.5*2+0,86=14,66 м

Ширина ростверка b= 5,7+0.5*2+0,86=7,56 м

Так как, и после увеличения площади ростверка расчетное количество свай разместить не удается, то необходимо увеличить длину и (или) сечение принятых свай, чтобы повысить их несущую способность, далее выполнить перерасчет и уменьшить количество свай.

Выбираем сваю СМ 18-40, класс бетона В 40, рабочая арматура четыре стержня диаметром d=20мм, класса А400.

Перерасчет по прочности материала свай.
Несущая способность железобетонной сваи по материалу Fd, кН,

Fd = c(сbRbAb + RsсAs),

где c - коэффициент условий работы (c = 1);

- коэффициент продольного изгиба, для низкого ростверка = 1;

сb - коэффициент условий работы, принимаемый для свай сечением 300х300 мм и более сb = 1, для свай меньшего сечения - сb=0,9;

Rb - расчетное сопротивление бетона осевому сжатию, кПа Rb=20000кПа;

Ab - площадь поперечного сечения бетона сваи, м2 Ab=0.42=0,16м2;

Rsс - расчетное сопротивление арматуры сжатию, кПа Rsс=330000кПа;

As - площадь поперечного сечения продольной арматуры, м2 As=рd2/4=3.14*0.0004/4=0.000314м2.

Fd=1*1*(1*20000*0.16+330000*0.000314)=3303,6 кН

Перерасчет по прочности грунта основания свай.

Несущую способность свай по грунтам основания определяем по формуле:

где c - коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый для забивных свай c = 1;

R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа;

A - площадь опирания на грунт сваи, м2, А=0,16м2;

u - наружный периметр поперечного сечения сваи, м, u=1,6м;

fi - расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа, где средняя глубина расположения слоя грунта соответствует расстоянию zi от поверхности грунта на суходолах и от дна водотока после общего размыва до середины i-го слоя грунта (рис. 5.2). Значение fi определяется путем интерполяции;

hi - толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м;

cR, cf - коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи на расчетные сопротивления cR=1, cf =1.

Расчетная схема к определению несущей способности сваи с привязкой к геологическому разрезу приведена на листе .

Таблица 2. - Расчет несущей способности свай

z, м	fi, кПа	hi, м
z1 = 2.85	f1 = 18.5	h1 = 2
z2 = 4.6	f2 = 54.8	h2 = 2
z3 = 6.6	f3 = 59.2	h3 = 2
z4 = 8.6	f4 = 62.9	h4 =2
z5 = 9.75	f5 = 64.6	h5 = 0.3
z6 = 10.9	f6= 66.3	h6 = 2
z7 = 12.9	f7 = 69	h7 = 2
z8 = 14.9	f8 = 71.9	h8 = 2
z9 = 16.9	f9 = 74.7	h9 = 2
z10 = 18.6	f10 = 77	h10 = 1.4

Fd=1*(1*12240*0.16+1.6*(1*(18.5*1.5+54,8*2+59.2*2+62.9*2+ +64.6*0.3+66.3*2+69*2+71.9*2+74.7*2+77*1.4))=3674.55 кН

Определение количества свай и размещение их в ростверке.

Количество свай в фундаментах с низким ростверком предварительно определяется по формуле:

где k - коэффициент приближенно учитывающий вес ростверка и действие момента от горизонтальных сил, принимается k=1.2 - 1,4;

NI' - расчетная вертикальная нагрузка по обрезу ростверка, определяется по формуле

кН

Fd - минимальная несущая способность сваи по грунту или материалу, кН;

гk - коэффициент надежности, принимаемый для фундаментов опор мостов с низким ростверком гk=1,4.

После определения количества свай их размещают в плане в рядовом порядке. Схема размещения свай в ростверке на листе .

3.6 Расчет свайного фундамента по несущей способности

Проверка нагрузки на сваю сводится к обеспечению условия, чтобы действующая на сваю нагрузка не превышала наименьшую расчетную нагрузку на нее по грунту или по материалу. При внецентренно нагруженном фундаменте наибольшую нагрузку испытывают сваи крайнего ряда, для них нагрузку допускается определять по формуле:

;

нагрузка на угловую сваю определяется по формуле

где NI - полная расчетная вертикальная нагрузка, кН, с учетом веса ростверка и свай, определяемая по формуле

,

Nо, Nn, Nвр -даны в исходных данных, кН;

Nр - вес ростверка, кН; , гb=25 кН/м3; Vp - объем ростверка, м3, за вычетом заделки свай;

Nсв - суммарный вес свай, равный их количеству n, умноженному на вес одной сваи, кН;

Nгр - нагрузка от веса грунта на уступах ростверка (не учитываем), кН;

Nw - нагрузка от веса воды, действующей на уступы ростверка, если он врезан в водонепроницаемый грунт, кН;

гf - коэффициент, приведенный в исходных данных;

My, Mx - расчетные моменты относительно главных осей плоскости подошвы ростверка соответственно от тормозной силы и от поперечных ударов определяется по формулам:

;

,

где hр - высота ростверка; остальные величины указаны в исходных данных;

Fd - минимальная несущая способность сваи по грунту или по материалу, определенные ранее, кН;

гk - коэффициент надежности, принимаемый для фундаментов опор мостов с низким ростверком гk =1,4;

n, ni - количество свай соответственно общее и в ряду;

xi, yi - расстояние от главных осей до оси каждого ряда свай, м;

xmax, ymax - расстояние от главных осей до крайних рядов свай, м.

xmax=6,1м

ymax=2,5м

My=1.1+1770(1.1+1.5+14)=32320.2

My=1.1+1050(1.1+1,5+14)=19173

Nр=92,46*1,5*25=3467,25кН

Nсв=27*7,3=1971кН

кН

Нагрузка на сваи крайнего ряда:



Нагрузка на угловую сваю:

Вывод: условия не выполняются, но расхождения в пределах допустимого.

3.7 Проверка несущей способности по грунту свайного фундамента как условно массивного.

Для данной проверки свайный фундамент рассматривается как условный массивный фундамент в форме прямоугольного параллелепипеда, состоящий из ростверка, свай и грунта, ограниченный контуром А-Б-В-Г

Размеры подошвы условного фундамента определяют по формулам:

м;

м,

где ас, bс - соответственно длина и ширина подошвы условного фундамента;

асп, bсп - соответственно длина и ширина свайного поля по наружным граням крайних свай, м;

d1 - глубина погружения свай в грунт ниже подошвы ростверка, м;

цmt - приведенное среднее значение расчетных углов внутреннего трения грунтов, прорезанных сваями, определяемое о формуле

;

цI,i - расчетные значения углов внутреннего трения отдельных слоев грунта толщиной hi; при этом ?hi=di.

4. Расчет осадки свайного фундамента по второй группе предельных состояний.

Осадка основания определяется ниже подошвы условного фундамента (острия свай) от нормативных постоянных нагрузок. При расчете суммарной нагрузки на основание свайного фундамента должны быть учтены вес ростверка, свай и грунта в пределах массива А-Б-В-Г:

=24940+4320+3467,3+1971=34698,3кН

Среднее давление на грунт под подошвой фундамента

==216,56,

где А - площадь подошвы условного фундамента, м2, равное произведению длины ac на ширину bc подошвы условного фундамента.

Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы условного фундамента:

где - расчетный удельный вес грунта для предельных состояний II группы выше подошвы условного фундамента, кН/м3 (с учетом взвешивающего действия воды).

Дополнительное к природному вертикальное давление на основание определяется по формуле:

кН

кН

Для условных фундаментов шириной более 10 м принимается p = p0. Толща грунта ниже подошвы условного фундамента разбивается на элементарные слои толщиной hi, принимаемой для каждого слоя не более 0,4bс, где bс - ширина подошвы условного фундамента.

Вертикальное напряжение от собственного веса грунта , кПа на границе слоя, расположенного на глубине zi от подошвы условного фундамента, определяется по формуле:

где - удельный вес отдельных однородных слоев грунта с учетом взвешивающего действия или дополнительного давления воды, кН/м3; - толщина i-го слоя грунта, м.

Вертикальное напряжение от собственного веса грунта zgi

кН

кН

кН

кН

кН кН

кН

кН

кН

кН

Дополнительное к природному вертикальное давление на основание P0

P0 = P - zg0 , (кПа)

P0 = = -141,34(кПа)

Вывод: При заданной конструкции свайного фундамента осадка от вертикальных напряжений отрицательна.

Заключение

В ходе расчетно-графической работы были определены физико-механические характеристики грунтов, определены размер и материал свайного фундамента, несущая способность сваи, количество свай, произведен расчет осадки свайного фундамента по второй группе предельных состояний.

Список используемых источников

1) СП 35.13330.2011. Мосты и трубы. Актуализированная редакция СНиП 2.05.03-84*. - М.: ОАО «ЦПП», 2011. - 341 с.

2) СП 24.13330.2011 Свайные фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 2.02.03-85. - М.: ОАО «ЦПП», 2011. - 86 с.

3) Глотов Н. М. Основания и фундаменты мостов: справочник / Н.М. Глотов; Н.М. Глотов, Г.П. Соловьев. - М.: Транспорт, 1990. - 240 с.

4) Б.И. Долматов. Основания и фундаменты. М.: АСВ, 2002 г.

5) Механика грунтов, основания и фундаменты: учеб. пособие / И.И. Бахарев, В.И. Бахарев, Н.П. Грачева. - Хабаровск: ДВГУПС, 2008. - 93 с.

Размещено на Allbest.ru