Размещено на http://www.allbest.ru

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО МОРСКОГО И РЕЧНОГО ТРАНСПОРТА

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«Санкт-Петербургский государственный университет

водных коммуникаций»

В.М. Кириллов А.В. Иванов

ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ

Санкт-Петербург 2006

УДК 624.12

ББК 38.28

Рецензент:

начальник гидротехнического отдела ОАО «Ленморниипроект»,

к.т.н. П. Л. Романов

Основания и фундаменты: Методические указания по выполнению курсового проекта/ составители: В.М. Кириллов, А.В. Иванов - СПб.: СПГУВК, 2006. - 40с.

Содержат задания на курсовой проект с исходными данными, а также методические указания по выполнению курсового проекта.

Предназначены для студентов очной и заочной формы обучения по специальности 270104.65 «Гидротехническое строительство».

Печатается в авторской редакции

УДК 624.12

ББК 38.28

Санкт-Петербургский государственный университет водных коммуникаций, 2006

В. М. Кириллов, А. В. Иванов, 2006

СОДЕРЖАНИЕ

1. ВВЕДЕНИЕ

2. ОСНОВЫ МЕХАНИКИ ГРУНТОВ

3. ФУНДАМЕНТЫ И ИСКУССТВЕННЫЕ ОСНОВАНИЯ

4. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

5. ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ЕГО ВЫПОЛЕНИЮ

5.1 Целевая установка

5.2 Исходные данные

5.3 Состав и оформление проекта

5.4 Порядок и указания к выполнению курсового проекта

5.4.1 Определение физико-механических характеристик грунтов основания и засыпки

5.4.2 Построение эпюры бокового давления на стенку, определение величины и координаты (высоты относительно подошвы стены) точки приложения равнодействующей бокового давления

5.4.3 Определение ширины b подошвы стенки

5.4.4 Определение величины и точки приложения равнодействующей вертикальных и горизонтальных сил

5.4.5 Построение расчётных эпюр нагрузок на основание на уровне подошвы стенки

5.4.6 Проверка возможности возведения стенки на естественном основании для эксплуатационного случая по расчетному давлению на основание

5.4.7 Построение диаграммы _к-изолиний с выделением зон пластических деформаций в основании подпорной стенки

5.4.8 Проверка устойчивости подпорной стенки на скольжение при плоском сдвиге в плоскости подошвы при действии эксплуатационных нагрузок

5.4.9 Проверка устойчивости стенки на глубинный сдвиг

5.4.10 Вычисление осадки и крена стенки на естественном основании для эксплуатационного случая

5.4.11 Проектирование искусственного основания подпорной стенки (подсыпка качественным грунтом)

5.4.12 Проектирование свайного фундамента на забивных деревянных сваях (низкий свайный ростверк)

5.4.13 Размещение свай в плане

5.4.14 Произвести проверку принятой глубины забивки свай по условию деформации свайного фундамента

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение I

Приложение II

Приложение III

Приложение IV

Приложение V

Приложение VI

Приложение VII

1. ВВЕДЕНИЕ

Состав и целевая направленность курса, его значение в комплексе инженерных дисциплин. Основные понятия. Краткий исторический очерк теории и практики фундаментостроения. Причины аварий и деформаций сооружений, связанных с ошибками проектирования и в строительстве подземных частей сооружений. Влияние конструкций фундаментов и способа их возведения на экономику строительства.

2. ОСНОВЫ МЕХАНИКИ ГРУНТОВ

Предмет механики грунтов и её связь с другими дисциплинами. Взаимодействие между сооружением и основанием. Напряжение в грунтах. Основные гипотезы. Приведённое напряжение.

Основы теории прочности грунта. Общий вид условия прочности. Угол наибольшего отклонения приведённого напряжения и его связь с напряжениями в предельном напряженном состоянии. Площадки скольжения и их направления. Поверхности скольжения. Зоны предельного напряженного состояния (зоны сдвига). Фазы деформации грунта под фундаментом при возрастании нагрузки. Расчетные модели грунта.

Напряженное состояние оснований. Напряжения от собственного веса грунта. Напряжения от внешней нагрузки. Некоторые частные случаи определения напряженного состояния оснований: напряжения от полосовой нормальной нагрузки, способ угловых точек и его практические приложения.

Определение реакций по подошве фундамента. Общие положения. Показатель гибкости фундамента. Трансформация контактной эпюры по подошве абсолютно жесткого фундамента при возрастании нормальной нагрузки. Практический способ построения контактной эпюры по подошве абсолютно жесткого фундамента для условий плоской и пространственной задачи. Влияние жесткости фундамента на характер его взаимодействия с основанием. Понятие о способах решения контактной задачи для фундаментов конечной жесткости.

Зависимость между интенсивностью полосовой и нормальной нагрузки и глубиной развития зон предельного напряженного состояния. Расчетное сопротивление грунта основания.

Определение зон предельного напряженного состояния при сложной схеме нагрузок (метод _к - изолиний). Исходные положения. Применение метода к расчету гравитационных подпорных стенок. Оценка метода. Влияние различных факторов на степень развития зон предельного напряженного состояния.

Боковое давление грунта. Общие положения. Примеры сооружений, для которых боковое давление грунта является основной нагрузкой. Краткий исторический обзор исследований и теорий бокового давления и его зависимость от свойств грунта, перемещения стенки. Активное, пассивное, начальное давления. грунт основание засыпка стена фундамент

Активное давление грунта (распор). Исходные допущения Простейшее аналитическое решение для сыпучего грунта и плоской горизонтальной поверхности засыпки. Коэффициент распора и его зависимость от свойств грунта. Учет равномерно распределенной полезной нагрузки. Учет параметра с. Предельная высота неукрепленного вертикального откоса. Учёт трения между стенкой и засыпкой. Графические способы определения активного давления грунта. Влияние различных факторов на величину активного давления грунта.

Пассивное сопротивление грунта (отпор). Простейшее решение для сыпучего грунта и плоской горизонтальной поверхности засыпки. Коэффициент отпора. Учёт различных факторов при определении величины пассивного сопротивления грунта.

Расчёт сооружений по предельным состояниям оснований. Особенности методики предельных состояний применительно к расчёту оснований и фундаментов промышленно-гражданских и гидротехнических сооружений.

Расчёт оснований по деформациям. Основные характеристики деформаций сооружений, обусловленных деформациями оснований. Конечная осадка центрально нагруженного фундамента при залегании несжимаемого слоя на малой и на большой глубине. Метод послойного суммирования. Метод эквивалентного слоя. Учёт влияния соседних фундаментов. Осадка и крен внецентренно нагруженного фундамента. Осадка фундаментов при нестабилизированном состоянии оснований.

Расчёт сооружений по устойчивости оснований. Общие положения. Возможные формы потери устойчивости основания. Расчёт по схеме плоского сдвига. Обзор способов расчёта по схеме глубинного сдвига. Расчёт по способу круглоцилиндрических поверхностей.

3. ФУНДАМЕНТЫ И ИСКУССТВЕННЫЕ ОСНОВАНИЯ

Фундаменты мелкого заложения. Искусственные основания

Фундаменты мелкого заложения, их классификация, область применения. Конструкция фундаментов мелкого заложения. Проектирование фундаментов мелкого заложения.

Искусственные основания. Способы устройства искусственных оснований и область их применения. Краткая характеристика способов устройства искусственных оснований, реализующих принципы замены, уплотнения и закрепления грунтов.

Свайные фундаменты и фундаменты глубокого заложения

Свайные фундаменты, их типы. Область применения свайных фундаментов. Классификация свай. Общие указания по расчету свайных фундаментов.

Работа и расчет одиночной вертикальной сваи на осевую сжимающую и растягивающую нагрузку. Динамический способ определения несущей способности сваи. Определение несущей способности сваи пробной статической нагрузкой. Работа и расчет сваи на поперечную нагрузку.

Проектирование свайных фундаментов типа низкий свайный ростверк. Совместная работа группы свай. Последовательность проектирования. Проектирование фундамента на вертикальных сваях. Особенности проектирования фундамента на наклонных и козловых сваях.

Фундаменты глубокого заложения. Классификация и область применения фундаментов глубокого заложения. Особенности технологии погружения, конструкции и расчета опускных колодцев. Применение тиксотропных рубашек. Понятие о кессонах.

4. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Основная

Далматов Б.И., Бронин В. Н. и др. Механика грунтов. Ч.1. Основы геотехники в строительстве. - СПб.: Издательство АСВ, 2000.

Далматов Б.И., Бронин В. Н. и др. Основания и фундаменты. Ч.2. Основы геотехники. - СПб.: Издательство АСВ, 2002.

Шишлов С. Б., Кириллов В. М. Инженерная геология и свойства грунтов. - СПб.: СПГУВК, 2005.

Дополнительная

1. Иванов П.Л. Грунты и основания гидротехнических сооружений. - М.: Высшая школа, 1991.

2. Костерин Э.В. Основания и фундаменты. - М.: Высшая школа, 1990.

3. СНиП 2.02.01-83*. Основания зданий и сооружений. -М.: Стройиздат, 1985.

4. СНиП 2.02.02-85. Основания гидротехнических сооружений. М.: Стройиздат, 1986.

5. СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты. М.: Стройиздат, 1986.

5. ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ЕГО ВЫПОЛЕНИЮ

5.1 Целевая установка

Курсовой проект включает проектирование искусственного основания и свайного фундамента подпорной стенки (набережной) гравитационного типа.

Расчетная часть курсового проекта охватывает значительную часть курса в целом и, в частности, следующие вопросы: классификацию и физико-механические свойства грунтов, боковое давление грунта, напряженное состояние оснований, предельное напряженное состояние оснований, деформации оснований, общая устойчивость сооружения, искусственные основания, свайные фундаменты.

В процессе выполнения расчетов, оформленных в виде пояснительной записки, углубляются и конкретизируются знания, полученные при изучении теоретической части курса, а также приобретаются первые навыки проектирования оснований и фундаментов портовых гидротехнических сооружений.

5.2 Исходные данные

Схемы подпорных стенок приведены на рис. 1. Тип а - железобетонная уголковая стенка с передней консолью, тип б - массивная бетонная монолитная стенка.

Тип стенки, удельный вес _ст материала стенки, глубина воды h_в у набережной, возвышение h₀ стенки над уровнем акватории, физические характеристики грунтов засыпки (_s, _o, W ) и основания (_s, _o, W, W_L, W_p), а также полезная нагрузка q на кордоне определяются по таблице 1 в зависимости от варианта задания.

Для студентов заочного отделения вариант задания определяется по двум последним цифрам номера зачетной книжки.

Все исходные данные для курсового проектирования должны в точности соответствовать вышеизложенным указаниям и таблицам. Проекты, выполненные без соблюдения этого требования, возвращаются на переработку.

Тип «а»

hз	h1	bk	bc
0.5 м	0.15(hв+hо)	0.25 b	0.2(hв+hо)

Тип «б»

Рис. 1. Схемы подпорных стенок

Таблица 1

Исходные данные

Вариант	Тип стенки	ст,	hВ, м	h0, м	q,	Грунт засыпки	Грунт основания
						Шифр	s,	o,	W	Шифр	s,	o,	W	WL	Wp
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16
1	а	26,0	7,5	1,5	15	К	26,5	18,7	0,16	СГ	27,0	20,1	0,25	0,32	0,20
2	б	22,0	7,5	1,5	16	К	26,5	18,9	0,16	СГ	27,0	19,8	0,25	0,30	0,20
3	а	25,5	7,3	1,3	13	К	26,5	19,1	0,16	СГ	27,0	19,9	0,23	0,27	0,18
4	б	22,5	7,3	1,3	18	К	26,5	19,3	0,16	СГ	27,0	20,1	0,23	0,29	0,19
5	а	22,5	7,1	1,5	19	К	26,5	19,5	0,16	СГ	26,9	19,0	0,28	0,34	0,18
6	б	23,0	7,1	1,5	20	К	26,5	18,8	0,17	СГ	26,9	18,8	0,28	0,35	0,20
7	а	24,5	6,9	1,3	21	К	26,5	19,0	0,17	СГ	26,8	18,9	0,28	0,35	0,18
8	б	22,0	6,9	1,3	22	К	26,5	19,2	0,17	СГ	26,8	19,0	0,27	0,33	0,17
9	а	24,0	6,7	1,5	23	К	26,5	18,6	0,15	СГ	26,7	19,0	0,27	0,35	0,19
10	б	22,5	6,7	1,5	24	К	26,5	18,8	0,15	СГ	26,7	19,0	0,26	0,33	0,18
11	а	26,0	6,5	1,3	25	К	26,5	19,0	0,15	СГ	26,6	19,7	0,22	0,28	0,17
12	б	23,0	6,5	1,3	26	К	26,5	18,7	0,14	СГ	26,6	19,5	0,24	0,31	0,18
13	а	25,5	6,3	1,5	27	К	26,5	18,6	0,13	СГ	26,6	19,3	0,24	0,32	0,17
14	б	23,5	6,3	1,5	28	К	26,5	18,5	0,14	СГ	26,5	19,6	0,23	0,28	0,19
15	а	25,0	6,1	1,3	29	К	26,5	18,3	0,14	СГ	26,5	20,0	0,24	0,30	0,16
16	б	22,0	6,1	1,3	30	К	26,5	18,4	0,13	СП	26,6	20,7	0,20	0,23	0,17
17	а	24,5	5,9	1,5	31	К	26,5	18,5	0,12	СП	26,6	20,4	0,20	0,23	0,18
18	б	22,5	5,9	1,5	27	К	26,5	18,3	0,12	СП	26,6	20,2	0,21	0,24	0,18
19	а	24,0	5,7	1,3	22	К	26,5	18,1	0,12	СП	26,5	20,1	0,21	0,25	0,18
20	б	23,0	5,7	1,3	17	К	26,5	18,4	0,11	СП	26,5	20,0	0,22	0,25	0,19
21	а	26,0	5,5	1,5	20	К	26,5	18,2	0,11	СП	26,5	19,9	0,24	0,27	0,20
22	б	23,5	5,5	1,5	18	К	26,5	18,0	0,11	СП	26,5	19,6	0,24	0,28	0,21
23	а	25,5	5,3	1,3	16	К	26,5	17,9	0,10	СП	26,7	20,1	0,22	0,25	0,20
24	б	23,5	5,3	1,3	14	К	26,5	17,7	0,10	СП	26,7	19,9	0,22	0,26	0,19
25	а	25,0	7,6	1,6	24	К	26,5	18,0	0,09	СП	26,7	20,2	0,21	0,24	0,18
26	б	22,0	7,6	1,6	24	К	26,5	17,8	0,09	СГ	27,0	19,9	0,23	0,27	0,18
27	а	24,5	7,4	1,6	24	К	26,5	17,6	0,09	СГ	26,9	19,0	0,28	0,34	0,18
28	б	22,5	7,4	1,6	25	К	26,5	18,2	0,09	СГ	26,9	18,8	0,28	0,35	0,20
29	а	24,0	7,2	1,6	25	К	26,5	17,9	0,08	СГ	26,8	18,9	0,28	0,35	0,18
30	б	23,0	7,2	1,6	26	К	26,5	17,7	0,08	СГ	26,8	19,0	0,27	0,33	0,17
31	а	26,0	7,0	1,7	26	К	26,5	17,5	0,08	СГ	26,7	19,0	0,27	0,35	0,19
32	б	23,5	7,0	1,7	27	К	26,5	17,9	0,07	СГ	26,7	19,0	0,26	0,33	0,18
33	а	25,5	6,8	1,7	27	К	26,5	17,7	0,07	СГ	26,6	19,5	0,24	0,31	0,18
34	б	22,0	6,8	1,7	28	К	26,5	17,5	0,07	СГ	26,6	19,3	0,24	0,32	0,17
35	а	25,0	6,6	1,8	28	К	26,5	17,6	0,06	СГ	26,5	20,0	0,24	0,30	0,16
36	б	22,5	6,6	1,8	29	К	26,5	18,9	0,14	СП	26,6	20,7	0,20	0,23	0,17
37	а	23,0	6,4	1,8	30	К	26,5	18,8	0,13	СП	26,6	20,2	0,21	0,24	0,18
38	б	24,0	6,2	1,9	30	К	26,5	19,1	0,13	СП	26,5	20,1	0,21	0,25	0,18
39	а	24,5	6,4	1,8	29	К	26,5	19,1	0,14	СП	26,6	20,4	0,20	0,23	0,18
40	б	23,5	6,2	1,9	31	К	26,5	19,3	0,17	СП	26,7	20,1	0,22	0,25	0,20
41	а	26,0	6,0	1,9	31	К	26,5	18,5	0,11	СП	26,7	20,2	0,21	0,24	0,18
42	б	22,0	6,0	1,9	15	С	26,5	19,0	0,18	П	26,5	19,8	0,25	---	---
43	а	25,5	5,8	2,0	15	С	26,5	18,9	0,17	П	26,5	19,8	0,24	---	---
44	б	22,5	5,8	2,0	16	С	26,5	19,1	0,17	П	26,6	20,0	0,24	---	---
45	а	25,0	5,6	2,0	16	С	26,5	18,8	0,16	П	26,6	19,8	0,24	---	---
46	б	23,0	5,6	2,0	17	С	26,5	19,0	0,16	П	26,6	19,7	0,24	---	---
47	а	24,5	5,4	2,1	17	С	26,5	19,2	0,16	П	26,6	20,0	0,23	---	---
48	б	23,5	5,4	2,1	18	С	26,5	18,9	0,15	П	26,6	19,9	0,23	---	---
49	а	24,0	5,2	2,1	18	С	26,5	18,7	0,15	П	26,6	19,6	0,24	---	---
50	б	22,0	5,2	2,1	19	С	26,5	18,6	0,14	П	26,5	19,9	0,25	---	---
51	а	26,0	5,0	2,2	19	С	26,5	18,4	0,14	П	26,5	19,5	0,25	---	---
52	б	22,5	5,0	2,2	20	С	26,5	18,3	0,13	П	26,5	19,4	0,25	---	---
53	а	25,5	4,8	2,2	20	С	26,5	18,2	0,12	П	26,5	19,7	0,24	---	---
54	б	23,0	4,8	2,2	21	С	26,5	18,0	0,12	П	26,5	19,6	0,25	---	---
55	а	25,0	7,1	1,4	14	С	26,5	18,3	0,11	П	26,5	19,7	0,25	---	---
56	б	23,5	7,0	1,4	14	С	26,5	18,1	0,11	П	26,5	19,6	0,24	---	---
57	а	24,5	7,0	1,4	15	С	26,5	17,9	0,11	М	26,5	20,2	0,23	---	---
58	б	22,0	6,9	1,4	15	С	26,5	18,2	0,10	М	26,5	20,0	0,23	---	---
59	а	24,0	6,9	1,5	16	С	26,5	18,0	0,10	М	26,5	20,1	0,24	---	---
60	б	22,5	6,8	1,5	16	С	26,5	17,8	0,10	М	26,5	19,9	0,24	---	---
61	а	26,0	6,8	1,5	17	С	26,5	17,9	0,09	М	26,5	19,9	0,25	---	---
62	б	23,0	6,7	1,5	17	С	26,5	17,7	0,09	М	26,5	19,7	0,25	---	---
63	а	25,5	6,7	1,6	18	С	26,5	17,5	0,09	М	26,5	20,3	0,23	---	---
64	б	23,5	6,6	1,6	18	С	26,5	17,6	0,08	М	26,5	20,0	0,24	---	---
65	а	25,0	6,6	1,6	19	С	26,5	17,4	0,08	М	26,5	19,6	0,25	---	---
66	б	22,0	6,5	1,6	19	С	26,5	17,6	0,07	М	26,5	20,1	0,23	---	---
67	а	24,5	6,5	1,7	20	С	26,5	17,4	0,07	М	26,5	20,1	0,22	---	---
68	б	22,5	6,4	1,7	20	С	26,5	17,3	0,07	П	26,5	19,8	0,25	---	---
69	а	24,0	6,4	1,7	21	С	26,5	17,2	0,07	П	26,5	19,8	0,24	---	---
70	б	23,0	6,3	1,7	21	С	26,5	18,6	0,14	П	26,6	20,0	0,24	---	---
71	а	26,0	6,3	1,8	22	С	26,5	18,5	0,15	П	26,6	19,8	0,24	---	---
72	б	23,5	6,2	1,8	22	С	26,5	18,5	0,14	П	26,6	19,7	0,24	---	---
73	а	25,5	6,2	1,8	23	С	26,5	18,4	0,13	П	26,6	20,0	0,23	---	---
74	б	22,0	6,1	1,8	23	С	26,5	18,2	0,13	П	26,6	19,9	0,23	---	---
75	а	25,0	6,1	1,9	24	С	26,5	18,1	0,12	П	26,6	19,6	0,24	---	---
76	б	22,5	6,0	1,9	24	С	26,5	18,0	0,11	П	26,5	19,9	0,25	---	---
77	а	24,5	6,0	1,9	25	С	26,5	17,7	0,10	П	26,5	19,5	0,25	---	---
78	б	23,0	5,9	1,9	25	С	26,5	17,6	0,09	П	26,5	19,4	0,25	---	---
79	а	24,0	5,9	2,0	26	С	26,5	17,5	0,08	П	26,5	19,7	0,24	---	---
80	б	23,5	5,8	2,0	26	С	26,5	17,8	0,09	П	26,5	19,6	0,25	---	---
81	а	26,0	5,8	2,0	27	К	26,5	18,7	0,16	П	26,5	19,7	0,25	---	---
82	б	22,0	5,7	2,0	27	К	26,5	18,9	0,16	П	26,5	19,6	0,24	---	---
83	а	25,5	5,7	2,0	28	К	26,5	19,1	0,16	СГ	26,9	19,0	0,28	---	---
84	б	22,5	5,6	2,1	28	К	26,5	19,3	0,16	СГ	26,9	18,8	0,28	---	---
85	а	25,0	6,8	1,9	27	К	26,5	19,5	0,16	СГ	26,8	18,9	0,28	0,35	0,18
86	б	23,0	6,7	1,8	27	К	26,5	18,8	0,17	СГ	26,8	19,0	0,27	0,33	0,17
87	а	24,5	6,6	1,8	26	К	26,5	19,0	0,17	СГ	26,7	19,0	0,27	0,35	0,19
88	б	23,5	6,5	1,8	26	К	26,5	19,2	0,17	СГ	26,7	19,0	0,26	0,33	0,18
89	а	24,0	6,4	1,7	25	К	26,5	18,6	0,15	СГ	27,0	19,9	0,23	0,27	0,18
90	б	22,0	6,3	1,7	25	К	26,5	18,8	0,15	СГ	26,5	20,0	0,24	0,30	0,16
91	а	26,0	6,2	1,7	24	С	26,5	19,0	0,18	СП	26,6	20,7	0,20	0,23	0,17
92	б	22,5	6,1	1,6	24	С	26,5	18,9	0,17	СП	26,6	20,4	0,20	0,23	0,18
93	а	25,5	6,0	1,6	23	С	26,5	19,1	0,17	СП	26,6	20,2	0,21	0,24	0,18
94	б	23,0	5,9	1,6	23	С	26,5	18,8	0,16	СП	26,5	20,1	0,21	0,25	0,18
95	а	25,0	5,8	1,6	22	С	26,5	19,0	0,16	СП	26,5	20,0	0,22	0,25	0,19
96	б	23,5	5,7	1,5	22	С	26,5	19,2	0,16	СП	26,5	19,9	0,24	0,27	0,20
97	а	24,5	5,6	1,5	21	С	26,5	18,9	0,15	СП	26,5	19,6	0,24	0,28	0,21
98	б	22,0	6,2	1,5	21	С	26,5	18,7	0,15	СП	26,7	20,1	0,22	0,25	0,20
99	а	24,0	6,3	1,5	20	С	26,5	18,6	0,14	СП	26,7	19,9	0,22	0,26	0,19
100	б	22,5	6,4	1,5	20	С	26,5	18,4	0,14	СП	26,7	20,2	0,21	0,24	0,18

5.3 Состав и оформление проекта

Проект состоит из одного листа чертежей и схем формата А-1 (594 х 841 мм) и пояснительной записки объемом 20 - 30 страниц формата А-4 (210 х 297 мм).

На листе поместить:

Исходную схему с указанием размеров, нагрузок и физико- механических характеристик грунтов (_o , _взв , с, , Е ).

Эпюры вертикальных и горизонтальных нагрузок на основание в плоскости подошвы стенки и диаграмму _к -изолиний с указанием зоны пластических деформаций и контура искусственной подсыпки (замены грунта).

Схему и результаты расчета осадок и крена стенки.

Схему и результаты расчета устойчивости стенки на глубинный сдвиг.

Конструктивный чертеж искусственного основания (каменной или песчано-гравийной подсыпки).

Схему графического размещения свай в поперечном ряду, план и поперечный разрез свайного фундамента с указанием размеров и количества свай на 10 пог. м стенки.

Все чертежи выполняются в неискаженном масштабе. Рекомендуемый линейный масштаб 1:100. Наиболее ответственные элементы чертежа - диаграмму _к -изолиний, конструктивные чертежи допускается выполнят в масштабе 1:50.

На чертежах выносятся основные результаты расчетов - осадки, крен, коэффициенты устойчивости на плоский и глубинный сдвиг и т.д. с соответствующими пояснениями. Дополнительные пояснения общего порядка (масштабы, единицы измерения, нормативные документы, марка бетона и т.д.) оформляются в виде примечаний, расположенных непосредственно над штампом в правом нижнем углу чертежа.

Конструктивные чертежи (искусственное основание, свайный фундамент) выполняются с необходимой для реализации проекта степенью деталировки, снабжаются полным комплектом размеров и высотных отметок. Наклон свай на чертеже обозначается в виде котангенса угла наклона оси свай к вертикали (например, 5,2 : 1; 7,3 : 1 и т.д.).

Допускается совмещение (построение на единой базовой линии) кривых скольжения и многоугольников сил при выполнении расчета устойчивости по способу ВНИИГ графоаналитическим способом.

Чертеж выполняется карандашом. Примерная композиция чертежа приведена в приложении VII.

В пояснительной записке приводятся в полном виде все расчеты с выделением промежуточных и конечных результатов, со ссылкой на чертеж, главу СНиПа и другие использованные источники. Громоздкие расчеты оформляются в табличной форме. Пояснительная записка снабжается схемами, выполненными на миллиметровке; размер листов миллиметровой бумаги должен соответствовать размеру листов пояснительной записки.

Пояснительная записка должна иметь компьютерное оформление, четкую рубрикацию, оглавление и список литературы.

Все расчеты необходимо вести в системе СИ.

5.4 Порядок и указания к выполнению курсового проекта

5.4.1 Определение физико-механических характеристик грунтов основания и засыпки

По имеющимся исходным данным вычислить физические характеристики грунтов основания и засыпки. В числе этих характеристик должны быть следующие: пористость n, коэффициент пористости e, удельные веса грунта взвешенного в воде _взв и скелета _ск, степень влажности K_w. Для глинистых грунтов дополнительно определяется показатель текучести I_L и число пластичности I_p. Вычисления выполняются по общеизвестным зависимостям

; ; ; ;

; ; ,

где W - природная влажность грунта; _s - удельный вес частиц грунта; _w - удельный вес воды, принимаемый равным 10 кН/м³; W_L и W_p - влажности, выраженные в долях единицы, соответственно на границе текучести и раскатывания (пластичности). Здесь и далее по мере возможности используются обозначения принятые в ГОСТ 5180 - 84.

По вычисленным физическим характеристикам установить уточненное название грунта. Например: “песок крупный, маловлажный, средней плотности” или “суглинок тугопластичный”. Все таблицы, необходимые для выполнения этого пункта, помещены в Приложении I.

По таблицам 1, 2 и 3 Приложения 1 СНиП 2.02.01-83 определить нормативные механические характеристики грунтов основания и засыпки (^н, с^н, Е^н ). Нормативные значения этих характеристик приведены также в таблицах 1 и 2 Приложения II настоящих методических Указаний.

Однако расчеты основания должны выполняться с использованием расчетных значений характеристик грунтов, которые определяются по формулам

; ; ,

где _g - коэффициент надежности по грунту. Допускается определять расчетные значения для , с и Е при следующих значениях коэффициента надежности _g:

для с песчаных и глинистых грунтов - 1.50;

для песчаных грунтов - 1.10;

для глинистых грунтов - 1.15;

для Е всех типов грунтов - 1.00.

5.4.2 Построение эпюры бокового давления на стенку, определение величины и координаты (высоты относительно подошвы стены) точки приложения равнодействующей бокового давления

Эпюра бокового давления грунта строится для вертикальной плоскости, проведенной через заднюю грань подпорной стенки. Допускается использовать простейшие (кулоновские) зависимости для определения ординаты е_а бокового давления грунта

где _i и y_i - соответственно удельный вес и мощность i-го слоя грунта засыпки; _а=tg²(45-^зас/ 2) - коэффициент активного давления (распора).

Эпюра бокового (горизонтального) давления строится по трем точкам:

на уровне поверхности засыпки (кордона)

е_а1 = q _а ;

2) на уровне грунтовых вод (он совпадает с отметкой воды в акватории)

е_а2 =(q + _оh_o) _а ;

3) на уровне подошвы стенки

е_а3 =[q + _оh_o + _взв (h_в + h_з)] _а .

Для массивной стены типа “б” величина h_з =0.

Высота y_a приложения равнодействующей E_a бокового давления определяется обычным способом, т.е. как частное от деления статического момента площади эпюры e_a относительно отметки подошвы стенки на площадь эпюры e_a. Для самоконтроля: величина y_a составляет приблизительно 40% (5%) от полной высоты H стенки, равной h_в+ h_o+ h_з.

5.4.3 Определение ширины b подошвы стенки

Для этой цели можно воспользоваться формулами А.З. Зархи, которые применительно к принятым обозначениям (см. рис. 1) имеют вид

для стенки типа «а» ;

для стенки типа «б» .

Полученное расчетом значение ширины стенки округляется в большую сторону до 0,1 м.

Передняя консоль для стенки типа «а» принимается равной 0,25 b.

5.4.4 Определение величины и точки приложения равнодействующей вертикальных и горизонтальных сил

Величину и точку приложения равнодействующей всех сил, передающихся от сооружения и грунта засыпки над уступом (тип “б”) или задней консолью (тип “а”) на основание, определяют для двух расчетных случаев: строительного и эксплуатационного.

В строительном случае ( N_стр ) учитывается только вес стенки, считая что производство строительных работ по её возведению ведется “насухо”, т.е. за перемычкой.

В эксплуатационном случае (N_экспл) учитывается: собственный вес стенки (с учетом взвешивающего действия воды для ее частей, расположенных ниже уровня воды в акватории); вес засыпки за стенкой в пределах ограниченных вертикальной плоскостью “а - а” (см. рис. 1), проходящей через заднюю грань стенки (также с учетом взвешивающего действия воды для соответствующих частей засыпки); боковое давление E_a.

Для определения веса стенки и засыпки контур стенки и засыпки разбивается на элементарные площади (прямоугольники и треугольники). При расположения соответствующих площадей ниже УГВ, совпадающего с уровнем воды в акватории, удельные веса материала стенки и грунта засыпки принимаются с учетом взвешивающего действия воды (_взв^зас по п.5.4.1, а _ст^взв = _ст - 10).

Расстояние x до точки приложения равнодействующей от передней грани стенки определяется обычным способом как частное от деления статического момента N_ix_i вертикальных сил относительно передней грани стенки на сумму всех вертикальных сил N_i, т.е. по формуле

,

где N_i - вес элементарной фигуры толщиной 1 м (N_i = _{i i} 1, здесь _i - площадь плоской элементарной фигуры, _i - удельный вес); x_i - горизонтальное расстояние от передней грани стенки до центра тяжести элементарной плоской фигуры.

Для эксплуатационного случая при подсчете статического момента необходимо учесть момент равнодействующей активного давления грунта. Таким образом

.

Расчеты выполняются в табличной форме (см. таблицу 2), отдельно для строительного и эксплуатационного случаев.

Таблица 2

№ элемента	i, м2	i, кН/м3	Ni = i i 1, кН	xi, м	Ni xi, кН м
1
2
3
…
…
	Nстр(или Nэкспл) = =Ni= …		Nixi = …

Затем определяется эксцентриситет е (по формуле е = b/2 - x) равнодействующей всех сил передающихся на основание для строительного е_стр и эксплуатационного е_экспл случаев.

5.4.5 Построение расчётных эпюр нагрузок на основание на уровне подошвы стенки

а). Построение эпюры вертикального давления (контактной эпюры) для строительного и эксплуатационного случаев.

Краевые ординаты _max и _min этой эпюры определяются по известным формулам внецентренного сжатия

, .

б). Построение эпюры сдвигающих нагрузок для эксплуатационного случая.

Эта эпюра также имеет вид трапеции, краевые ординаты _max и _min которой находятся в том же соотношении, что и ординаты _max и _min.

Площадь эпюры равна равнодействующей распорного давления E_a. Таким образом, ординаты _max и _min определяются совместным решением двух уравнений

0,5(_max + _min)b = E_a и _max /_min = _max / _min.

в). Построение эпюры вертикального давления q₁ от собственного веса засыпки и от полезной нагрузки q на кордоне за пределами подошвы стенки для эксплуатационного случая.

Эта нагрузка q₁ принимается полубесконечной равномерно-распределенной и определяется по соотношениям:

q₁ = _о^зас h_o + _взв^зас(h_в+h_з) + q - для стенки типа “а”,

q₁ = _о^зас h_o + _взв^зас h_в + q - для стенки типа “б”.

г). Построение эпюры вертикального давления q₂ от веса грунта перед стенкой (эксплуатационный случай, стенка типа “а”), представляющую собой равномерно-распределенную полубесконечную нагрузку интенсивностью

q₂ = _взв^осн h_з .

5.4.6 Проверка возможности возведения стенки на естественном основании для эксплуатационного случая по расчетному давлению на основание

Проверка производится на соблюдение следующих условий

_ср = 0,5(_max + _min) R^p и _max 1.2 R^p,

где R^p - расчетное давление на основание, определяемое по формуле

R^p = (А b _взв^осн + B h_{з взв}^зас + D c^н) m₁ m₂ /K_н .

В приведенной зависимости m₁ и m₂ - соответственно коэффициент условий работы грунтового основания и коэффициент условий работы сооружения во взаимодействии с основанием, принимаемые по таблице 1 Приложения III; K_н - коэффициент надежности, принимаемый равным K_н = 1.10; A, B, D - безразмерные коэффициенты, принимаемые по таблице 2 Приложения III в зависимости от нормативного значения угла внутреннего трения основания. Для массивной стенки (тип “б”) величина h_з = 0.

5.4.7 Построение диаграммы _к-изолиний с выделением зон пластических деформаций в основании подпорной стенки

Этот пункт выполняется с использованием персонального компьютера по программе OSNOVA-2.

Порядок работы следующий:

а) учитывая справедливость принципа независимости действия (суперпозиции) сил, действующую на основание в плоскости подошвы стенки эксплуатационную нагрузку нужно представить элементарными эпюрами (рис. 2). При этом значения краевых ординат контактных эпюр вычисляются по формулам



Рис. 2. Замена сложной контактной эпюры эксплуатационной нагрузки на основание системой элементарных эпюр

б) при известной ширине стенки b, расчётных характеристик грунтов (_взв^осн, , с) и значений ординат контактных эпюр (A, P, B, E, R, G) исходные данные для ЭВМ записываются в табличной форме (пример записи - см. табл.3). Величины _взв^осн, b, с и вводятся в ЭВМ соответственно символами Q, S, C и F.

Таблица 3

A, кПа	P, кПа	B, кПа	E, кПа	R, кПа	G, кПа	Q, кН/м3	S, м	C, кПа	F, град.
0.0	151.3	112.5	93.0	38.3	5.0	9.7	7.4	0.0	28

в) результаты расчётов на ЭВМ выводятся в виде таблицы значений _к в градусах (см. табл. 4) для 312 точек в основании стенки, имеющих координаты X и Y, выраженные в долях от ширины b соответственно по осям x и y (см. рис. 2).

г) по полученных значениям _к строится в масштабе 1 : 100 (или 1 : 50) диаграмма _к-изолиний. Построение производится аналогично проведению горизонталей при составлении плана в горизонталях. Зоны пластических деформаций, в которых выполняется условие _к, заштриховываются наклонными линиями. Под каждым краем подошвы стенки следует построить по пять изолиний (примерно через 5) включая изолинию _к = и указать ее максимальную глубину y_max (см. рис. 3 и 4).

На характер _к-изолиний существенное влияние оказывают заглубление и расчетное сцепление в основании. На рис. 3 и 4 для различных схем подпорных стенок показаны очертания _к-изолиний и влияние на их характер расчетного сцепления.

Рис. 3. Очертание _к - изолиний Рис. 4. Очертание _к - изолиний для подпорной стенки типа “а” для подпорной стенки типа “б”

5.4.8 Проверка устойчивости подпорной стенки на скольжение при плоском сдвиге в плоскости подошвы при действии эксплуатационных нагрузок

Эта проверка выполняется по формуле

,

где К^пл - коэффициент запаса устойчивости при плоском сдвиге; и с - соответственно расчетные угол внутреннего трения и сцепление грунта основания.

5.4.9 Проверка устойчивости стенки на глубинный сдвиг

Эта проверка выполняется по способу, рекомендуемому в СНиП 2.02.02-85. По этому способу линия скольжения, ограничивающая область предельного состояния грунта основания, принимается в виде двух отрезков прямых AB и CD, соединенных между собой криволинейной вставкой, описываемой уравнением логарифмической спирали (рис. 5).

Рис. 5. Расчетная схема к проверке устойчивости стенки на глубинный сдвиг по методу ВНИИГ

Действительный внецентренно нагруженный фундамент заменяется эквивалентным центрально нагруженным с приведенной шириной b_пр равной

b_пр= b - 2 e_экспл ,

где e_экспл - эксцентриситет приложения вертикальной силы N_экспл в эксплуатационном случае (см. п. 5.4.4.).

Связь между углом наклона к вертикали равнодействующей внешних сил равной по величине силе предельного сопротивления сдвигу R* и ориентировкой треугольника ABE предельного равновесия определяется углом , величина которого находится по формуле

.

Предельная величина сдвигающего напряжения _пр определяется следующим образом. По ряду значений ( = 0; = 0.1; = 0.3; = 0.5; = 0.7 и = 0.9) вычисляются соответствующие им значения по приведенному выше соотношению.

По найденному значению находятся все данные, необходимые для определения размеров призмы обрушения ABCDE. Линия AB проводится по углу , линия EB - по углу = 90+ - . Линия EC строится по углу (45-/2) между ней и горизонтальной поверхностью основания. Очертание ограничивающей кривой скольжения BC строится по уравнению логарифмической спирали. Радиус находится по формуле

r = r_o exp( tg),

где ; = 45-/2 + . В эту формулу значение угла подставляется только в радианах.

Линия CD проводится через точку С под углом (45-/2) к горизонтальной поверхности ED.

Длину участка можно определить через коэффициент K по формуле . Значения коэффициента K приведены в Приложении IV. Величина R* определяется из соотношения

R* = b²_{пр взв}^осн N + b_пр c N_c + b_пр q₂ N_q2 ,

где коэффициенты несущей способности N , N_c и N_q2 представлены в Приложении IV в зависимости от расчетного значения угла внутреннего трения основания. По найденным значениям R* определяются величины и _пр по формулам:

; .

Здесь _с = с / tg.

Расчёт целесообразно вести в форме таблицы 5.

Таблица 5

, град.

, град.

r0, м

r, м

К

, м

R*, кН/м

, кПа

пр, кПа

в долях

град.

град.

рад.

0

0,1

0,3

0,5

0,7

0,9

Затем строится график несущей способности основания _пр = f() (рис. 6).

Рис.6. График несущей способности основания:

1 - при глубинном сдвиге; 2 - при плоском сдвиге

По напряжению _экспл = N_экспл / b_пр в эксплуатационном случае определяется соответствующее предельное сдвигающее напряжение _пр^экспл так, как это показано на рис. 6. Коэффициент запаса на глубинный сдвиг К_гл окончательно вычисляется из соотношения

К_гл = _пр^экспл b_пр / Е_а 1,15.

5.4.10 Вычисление осадки и крена стенки на естественном основании для эксплуатационного случая

А) величина равномерной осадки S^I как центрально нагруженного фундамента определяется по формуле

,

где - коэффициент поперечного расширения, принимаемый для песчаных грунтов 0,25, для глин и суглинков 0,38; Sор - коэффициент осадки от нагрузки Nср (Nср = b(_max + _min)/2 ), определяемый от соотношения H_a/b (здесь H_a=2b - мощность активной зоны) и равный Sор = 3,5; Sпр - коэффициент осадки от пригрузки , (), определяемый от соотношения b^*/H_a (здесь b^*= b - ширина пригрузки) и равный Sпр =1,59; E - расчетное значение модуля деформации основания.

Б) величины осадок у краев стенки S^II_x=0 и S^II_x=b вызванных эксцентричностью приложения внешней нагрузки определяются по формуле

;

где k₂ - безразмерный коэффициент, равный для протяженных подпорных стенок 0,07. Знаки “+” и “-” относятся соответственно к x = 0 и x = b.

В) величины осадок у краев стенки S^III_x=0 и S^III_x=b вызванных действием нагрузки q₁ вычисляются по формуле

,

где знаки “-” и “+” относятся соответственно к x = 0 и x = b; k₃ -коэффициент , зависящий от ширины b и определяемый по таблице 6.

Таблица 6

b, м	2	4	6	8	8
k3	0.247	0.268	0.278	0.283	0.283

Г) величины осадок у краев стенки S^IV_x=0 и S^IV_x=b от действия сдвигающей нагрузки вычисляются методом послойного суммирования по формуле

,

где S_i^IV - осадка “i”-го расчетного слоя; _у^ср - вертикальные напряжения в середине расчетного слоя только от дополнительной внешней нагрузки (без учета собственного веса грунта основания); h_i - мощность расчетного слоя; - безразмерный коэффициент, равный 0.8; n - число слоев, на которое разделена по глубине сжимаемая толща основания.

Расчет целесообразно вести в табличной форме, как показано в таблице 7. Мощность активной зоны H_a допускается принимать равной H_a=2b. В таблице 7 приведены значения компоненты напряжения _у, определенные по теории упругости, а также указан порядок вычислений (см. 1-ю горизонтальную строку после “шапки”).

Д) суммарная величина осадок у краев стенки S_x=0 и S_x=b (рис.7) вычисляется как сумма S = S^I + S^II + S^III + S^IV с учетом знаков.

Рис. 7. Эпюры составляющих осадок и результирующая эпюра осадки S

Е) крен подпорной стенки tg вычисляется как

.

5.4.11 Проектирование искусственного основания подпорной стенки (подсыпка качественным грунтом)

На основании полученной диаграммы _к-изолиний и очерченной зоны областей сдвига (см. п. 5.4.7) наметить размеры искусственной подсыпки. Толщину подсыпки h_п (рис.8) следует брать 0.6 0.8 от максимальной глубины распространения пластической зоны y_max, т.е. h_п=(0.6 0.8) y_max.

Рис. 8. К определению толщины подсыпки h_п

5.4.12 Проектирование свайного фундамента на забивных деревянных сваях (низкий свайный ростверк)

А. Вариант с вертикальными сваями

Необходимое количество свай определяется раздельно расчетом на вертикальную и горизонтальную нагрузки. Принимается наибольшее из полученных значений (n_в или n_г). Глубину забивки свай можно принять в первом приближении равной ширине стенки b, но не менее 6 м, а диаметр d от 24 до 30 см.

1). При расчете свай на вертикальную (осевую) нагрузку (N на 10 пог. м) количество вертикальных свай (n_в) определяется для строительного ( N_стр ) и эксплуатационного (N_экспл) случаев из условия

N n_в N_св^в,

причем несущая способность одной сваи N_св^в определяется как наименьшая величина из расчетов:

по прочности грунта на вертикальную нагрузку

,

где m - коэффициент условий работы свай в грунте, принимаемый m =1;

R_н - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, определяемое по таблице 1 Приложения V;

F - площадь поперечного сечения сваи;

u - наружный периметр поперечного сечения сваи;

f_i - расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, определяемое по таблице 2 Приложения V;

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

m_R и m_f - коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения свай на расчетные сопротивления грунта и принимаемые равными m_R = m_f =1.

по прочности материала сваи

N_cв^в = m F R_c ,

где R_c - расчетное сопротивление смятию торца сваи (для деревянных свай R_c = 110⁷ Па = 10 МПа);

m = 1.

2). При расчете свай на горизонтальную (поперечную) нагрузку (Е_а на 10 пог. м) количество вертикальных свай (n_г) определяется из условия

Е_а n_г N_св^г,

причем несущую способность одной сваи N_св^г допускается определять по формуле

,

где _Г - расчетное перемещение головы сваи (_Г = 0.01 м);

E_cI_c - жесткость сваи (для деревянных круглых свай E_c = 10¹⁰Па = 10⁴МПа, I_c = d⁴/64 );

= 23 - для деревянных свай и грунтов соответственно текучей консистенции ( =2) и песков средней плотности ( =3);

l_o - глубина заделки сваи в грунт (по Приложению VI);

d - диаметр сваи.

Б. Вариант с наклонными сваями

Угол наклона свай исходя из необходимости их работы на строительную и эксплуатационную нагрузки (с учетом величины и направления равнодействующей) назначается из соотношения =0,6 , где

= arctg(E_a/N_экспл) - угол наклона равнодействующей к вертикали для эксплуатационного случая, но не более 19, что соответствует уклону сваи 3:1 (из условия возможностей сваебойного оборудования). Схемы разложения нагрузки на осевую и поперечную составляющие приведены на рис. 9.

Рис. 9. Схемы разложения сил