1. ВИХІДНІ ДАНІ ДЛЯ ПРОЕКТУВАННЯ
.1 Загальні відомості
Відповідно до завдання необхідно запроектувати фундаменти під проміжну опору залізничного моста в двох варіантах: фундамент мілкого закладення на природній основі і фундамент палі.
Схема опори приведена на малюнку 1.1

Малюнок 1.1 Схема опори моста
Розміри опори, навантаження, що діють в рівні обрізу фундаменту, і варіант геологічного розрізу наведені у відповідних таблицях 1.1, 1.2 і 1.3.

Таблиця 1.1 - Розміри опори
№ варіантаa0, мb0, мh0, мl0, м149.82.67.444
Таблиця 1.2 - Навантаження
№ варіантаN0, кНNП, кНNвр, кНγf для NврFhx, кНFhy, кН154900141063001.136300
Таблиця 1.3 - Варіант геологічного розрізу
№ варіантаКоеф. MtПослойно №грунта / потужність шару, м1 слой2 слой3 слой4 слой188016 / 3.030 / 7.040 / 11.537 /
Вихідні фізичні характеристики грунтів наведені в таблиці 1.4
Таблиця 1.4 - Вихідні фізико-механічні характеристики грунтів
№ гр.ρs, т / м3ρ, т / м3W, д.е.WL,% WP,% φ, градc, кПаE, кПа162.671.910.26--32-20000302.701.940.203116.5243022000402.751.870.297026169418000372.741.860.255023185219000
Гранулометричний склад піщаних ґрунтів наведено в таблиці 1.5
Таблиця 1.5 - Гранулометричний склад піщаних грунтів
№ гр> 10 мм10-5 мм5-2 мм2-1 мм1-0,5 мм0,5-0,25 мм0,25-0,1 мм <0.1 мм16--51015193912
Район проектування характеризується такими даними:
) Глибина промерзання грунту - 2.60 м;
) Рівень грунтових вод - відсутня;
) Розмив на водотоках - відсутня.
.2 Визначення фізико-механічних характеристик і найменування грунтів
На основі заданих в розділі 1 вихідних даних визначають фізико-механічні характеристики грунтів. Результат розрахунків разом з готовими вихідними даними зводяться в таблиці 1.6. На підставі даних таблиці 1.6 будується геологічна колонка і епюра умовних опорів грунту.
Зведена відомість фізико-механічних характеристик ґрунтів приведена в таблиці 1.6.
Таблиця 1.6 - Зведена відомість фізико-механічних характеристик грунтів
Номер грунтаТолщіна шару, мІсходние фізико-механічні характеристики грунтаХарактерістікі, що визначаються при аналізі властивостей грунтаУсловное опір грунту R0Коеффіціент k1Коеффіціент k2Плотность грунту ρ, т / м3Плотность частинок грунту ρs, т / м3Пріродная вологість W, д.е.Граніца плинності WL,% Межа розкочування WP, % Кут внутрішнього тертя φ, градУдельное зчеплення c, кПаМодуль деформації E, кПаУдельний вага грунту γ (γsb), Питома вага частинок грунту γsЧісло пластичності IPПоказатель плинності ILКоеффіціент пористості eСтепень вологості Sr На менованіем грунту і його состояніе1234567891011121314151617181920163.01.912.670.26--32-2000019.126.7--0.3980.912Песок невеликий, щільний, насичений водой232.260.082.5307.01.942.70.23116.524302200019.42714.50.2410.6700.806Суглінок полутвердий235.20.042.04011.51.872.750.29702616941800018.727 .5440.0680.8970.889Гліна полутвердая304.450.042.0371.862.740.25502318521900018.627.4270.0740.8410.814Гліна полутвердая311.040.042.0
геологічна колонка
фундамент фундамент геологічний епюра
Епюра умовних опорів

1.3 Визначення розрахункових характеристик грунту
У розрахунках по першій і другій групах граничних станів використовуються розрахункові значення характеристик грунту, які визначаються за формулою:

де - нормативне значення;
- коефіцієнт надійності по грунту.
Розрахункові характеристики грунтів за двома видами граничних станів, певні для всіх шарів основи, представлені в табличній формі.
Таблиця 1.7 - Розрахункові значення характеристик грунтів
Номер слоя1.11.051.11.051.51.11619.117.3618.193229.0930.48 --- 3019.417.6418.482421.8222.863020.0027.274018.717.0017.811614.5515.249462.6785.453718.616.9117.711816.3617.145234.6747.27
2. ПРОЕКТУВАННЯ фундаменту мілкого закладання
.1 Вибір матеріалу фундаменту
Відповідно до вимог норм СНіП 2.05.03-84 * «Мости і труби» в якості матеріали фундаменту приймаємо бетон марки В20.
.2 Призначення позначки обрізи фундаменту і його мінімальних розмірів в площині обрізу
При проектуванні фундаменту на суходолі відмітка обріза призначається на 0.5 м нижче поверхні грунту. Мінімальні розміри фундаменту визначаються за такими формулами:
(2.1)
Мінімальні розміри фундаменту наведені на малюнку 2.1

Малюнок 2.1 - Мінімальні розміри фундаменту

.3 Визначення глибини закладення фундаменту
Глибина закладення фундаментів повинна прийматися з урахуванням:
призначення і конструктивних особливостей проектованого споруди;
глибини сезонного промерзання грунтів і їх здимальності;
інженерно-геологічних умов майданчика будівництва (глибини залягання міцних шарів грунту, характеру нашарувань);
умови місцевого розмиву грунту біля опори;
гідрологічних умов майданчика і можливих їх змін в процесі будівництва і експлуатації споруд;
- величини і характеристики навантажень, що впливають на основанПо конструктивними особливостями глибина закладання повинна бути не менше 3.5 м.
За інженерно-геологічними умовами глибина закладення визначається за формулою:

мінімальная глибина закладення фундаменту в грунтах схильних до пученію при промерзанні повинна бути поза зоною промерзання на 25 см: Остаточно приймаємо за мінімальну глибину закладення підошви фундаменту найбільше значення м.Мінімальная площа підошви фундаменту: (2.2) Максимальна площа підошви фундаменту визначається виходячи з нормованого умови забезпечення жорсткості фундаменту. Воно полягає в тому, що лінія, що з'єднує внутрішні ребра уступів бетонного фундаменту, як правило, не повинна відхиляться від вертикалі на кут α більше 30 °, в цьому випадку матеріал фундаменту буде працювати тільки на стиск: З урахуванням того, що, отримаємо :( 2.3) (2.4) Необхідна площа підошви фундаменту в першому наближенні (2.5) де - середня питома вага тіла фундаменту; - розрахункова вертикальна навантаження по обрізу фундаменту, визначається за формулою (2.6); - умовне опір грунту; k - коефіцієнт, наближено враховує дію моменту, k = 1.2; - ви сота фундаменту, за формулою (2.4). (2.6) Порівняння: Для виконання умов (2.8), (2.9), (2.10), приймаємо,, (A = 71.68 м²) Конструкція фундаменту наведена на малюнку 2.2 Малюнок 2.2 - Конструкція фундаменту .5 Розрахунок по несучої здатності .5.1 Визначення розрахункового опору грунту і тисків на підставу при попередніх розмірах підошви фундаменту (2.7) де - ширина фундаменту; - розрахункове значення питомої ваги грунтаПрінятие розміри фундаменту повинні відповідати таким вимогам (2.8) (2.9) (2.10) де - розрахункова вертикальна навантаження на підставу; - розрахунковий перекидаючий момент; - площ дь підошви фундаменту; - момент опору по підошві фундаменту; - коефіцієнт умов роботи; - коефіцієнт надійності за призначенням работи.Определеніе розрахункового вертикального навантаження (2.11) Обсяг фундаменту визначається за формулою (2.12) Навантаження від ваги фундаменту (2.13) Обсяг грунту (2.14) навантаження від ваги на уступах фундаменту (2.15) Визначення розрахункового перекидаючого моменту (2.16) Визначення моменту опору по підошві фундаменту (2.17) Перевірка умов 1) Умова виконується Аналіз результату 2) Умова виполняетсяАналіз результату 3) У Слово виполняетсяВивод: запас міцності в межах норми (<5%), залишаємо прийняті розміри. 2.5.2 Перевірка тиску на підстильний слойПроверка виконується в тому випадку, якщо під несучим шаром грунту, що сприймає тиск підошви фундаменту, залягає шар менш міцного грунту, умовне опір якого менше, ніж несущего.Так як перевірку виконувати не потрібно. 2.6 Розрахунок фундаменту на устойчівостьРасчетная схема приведена на малюнку 2.4 Малюнок 2.4 - Схема до розрахунку перевірки на перекидання Для того щоб фундамент не перекинувся, має виконуватися умова: (2.18) де; - коефіцієнти, відповідно умов роботи і надійності за призначенням; - момент перекидальних сил; - момент утримують сил, за формулою (2.19) (2.19) При нормальних умовах експлуатації і зведенні фундаментів відповідно до норми, його перекидання не представляється возможним..6.2 Перевірка на плоский зрушення по подошвеРасчетная схема приведена на малюнку 2.5 Малюнок 2.5 - схема до розрахунку перевірки на плоский зрушення по підошві Для відсутності плоского зсуву фундаменту по підошві має виконуватися умова: (2.20) де; - коефіцієнти, відповідно умов роботи і надійності за призначенням; - зсувна сила, по формулі (2.21); - утримує сила, по формулі (2.22). (2.21) (2.22) де - коефіцієнт тертя фундаменту по грунту Плоского зсуву по підошві фундаменту не буде. 2.6.3 Перевірка на випинання фундаментаРасчетная схема приведена на малюнку 2.6 Малюнок 2.6 - Схема до розрахунку перевірки на випинання фундаменту (2.23) де - розрахункова питома дотична сила обдимання; - площа бічної поверхні фундаменту в межах розрахункової глибини промерзання ;; - коефіцієнти, відповідно умов роботи і надійності по призначенням-розрахункове значення сили, що утримує фундамент від випинання внаслідок тертя його бічній поверхні про талий грунт, що лежить нижче глибини промерзання, за формулою (2.24). (2.24) де - периметр перетину фундаменту в межах талого грунту; - розрахунковий опір i-го шару грунту; - товщина i-го шару талого грунта.Проверка умови Умова виполняетсяВивод: фундамент стійкий. .7 Розрахунок за деформаціями Розрахунок підстави за деформаціями проводиться виходячи з умови: (2.25) де - спільна деформація основи і споруди, см-граничне значення спільної деформації основи і споруди, см, визначається за формулою: (2.26) .7.1 Розрахунок опади фундаменту Малюнок 2.7 - Схема для розрахунку опади фундаменту. ) Визначаємо середній тиск на грунт під підошвою фундаменту. де - площа підошви фундаменту, м2; - розрахункова вертикальна навантаження в площині фундаменту, кН, за формулою (2.27). (2.27)) Визначаємо вертикальне напруга від власної ваги грунту на рівні підошви фундаменту: (2.28) де - глибина закладання підошви фундаменту, м; - розрахунковий питома вага грунту вище підошви фундаменту, кН / м3, за формулою: (2.29) 3) визначаєм додаткове вертикальне напруга в рівні підошви фундаменту: (2.30)) Товщину шарів грунту нижче розбиваємо на однорідні по стисливості шари, товщиною не більше) Будуємо епюру вертикальних напружень від власної ваги грунту нижче підошви фундаменту (2.31) де - питома вага окремих однорідних шарів грунту , кН / м3; - товщина окремих шарів грунту, м; - вертикальне напруження від власної ваги грунту на рівні підошви фундаменту.) Будуємо епюру вертикальних додаткових напружень від зовнішнього навантаження нижче підошви фундаментагде - кое ффіціент, що приймається в залежності від форми підошви фундаменту, співвідношення сторін прямокутного фундаменту і відносної глибини.) Встановлюється нижня межа стисливої ​​товщі грунту. Вона розташовується на глибині, для якої виконується умова: (2.33)) Визначаємо опади елементарних шарів (2.34) де - середнє значення додаткового вертикального нормального напруження в i-му шарі грунту; - товщина i-го шару грунту, м; - модуль деформації i -го шару грунту.) Визначаємо повну осадку грунту (2.35) Всі обчислення зведені в таблиці 2.1 Таблиця 2.1 - Розрахунок опади основаніяНомер слояГлубіна шару від підошви фундаменту zi, мТолщіна шару hi, мУдельний вага грунту шару, кН / м3Напряженіе від ваги грунту на глибині zi , кПаОтносітельная глибина Коеффіц іент Напруга від зовнішнього тиску на глибині, кПаСреднее значення, кПаМодуль деформації грунту, кПаОсадка шару, см00.000.00--63.8100.0001.000098.99712.762-22000-11.001.0018.4818.4882.2860.3570.978496.85816.45797.928220000.35622.001.0018.4818.48100.7620.7140.896088.70120 .15292.780220000.33733.001.0018.4818.48119.2381.0710.779777.18823.84882.944220000.30244.001.0018.4818.48137.7141.4290.660865.41727.54371.302220000.25955.001.0018.4818.48156.1901.7860.555154.95331.23860.185220000.21966.001.0018.4818.48174.6702.1430.466146.14234.93450.548220000.18476.500.5018.489 .24183.9102.3210.392938.89636.78242.519220000.07787.040.5417.819.62193.5282.5140.390538.65838.70638.777180000.093Ітого1.827Проверка условіяУсловіе виконується .7.2 Перевірка положення рівнодіючої активних сілДля підстав з НЕ скельних грунтів під фундаментами мілкого закладення, що розраховується без урахування закладення в грунт, положення рівнодіючої розрахункових навантажень (по відношенню до центру тяжіння площі підошви фундаменту), що характеризується відносним ексцентриситетом, має задовольняти умові: (2.36) де - коефіцієнт, що дорівнює для проміжних опор при дії: тільки постійних навантажень; постійних і тимчасових навантажень; - ексцентриситет рівнодіючої розрахункових навантажень, м, визначається за формулою: (2.37) де - розрахунковий момент сил, що діють щодо головної центральної осі підошви фундаменту, кНм: (2.38) - рівнодіюча вертикальних сил по підошві фундаменту, кН: ( 2.39) - радіус ядра перерізу фундаменту (у його підошви), м: (2.40) де - ширина фундаменту, м.Проверка умови .7.3 Визначення крену фундаменту і горизонтального зміщення верху опориКрен фундаменту уздовж його поперечної осі при дії позацентровому навантаження визна ляють за формулою: (2.41) де - коефіцієнт Пуассона грунту підстави- модуль деформації грунту основи, кПа; - коефіцієнт що дорівнює 1; - перекидаючий момент від розрахункових навантажень, кНм; - ширина фундаменту, м. Горизонтальне зміщення верху опори не повинно перевищувати граничної величини: (2.42) (2.43) де - відстань від підошви фундаменту до верху опори, см, за формулою: (2.44) - крен фундаменту, см; - граничне зміщення верху опори, см, (2.45) де - довжина прольоту примикає до опори .Проверка умови Условие не виполняетсяКонструкція фундаменту дріб го закладення представлена ​​на малюнку 2.8 Малюнок 2.8 - Конструкція фундаменту мілкого закладення 3. ПРОЕКТУВАННЯ ПАЛЬОВОГО ФУНДАМЕНТУ .1 Вибір матеріалу ростверку і призначення його розмірів Як матеріал ростверку приймаємо бетон класу В20.Назначеніе розмірів ростверку: (3.1) (3.2) .2 Визначення глибини закладення ростверку Підошву низького ростверку пальового фундаменту закладають: а) в непучиністих грунтах незалежно від глибини промерзання грунту; б) в рухливих грунтах - нижче розрахункової глибини промерзання на 0,25 м; в) в руслі річки - нижче лин і місцевого розмиву на 2,5 м.Так як пісок дрібний схильний пученію, то глибина закладення ростверку визначається за формулою: (3.3) Малюнок 3.1 - Конструкція ростверку пальового фундаменту .3 Призначення конструкції і розмірів свайПрінімаем палі марки СН-9-30. Малюнок 3.2 - Схема визначення несучої здатності палі Палі завдовжки 7 м. Приймати не допускається, тому що не виконуються умови (3.22), (3.23). Палі завдовжки 8 м. Також не допускається приймати, тому що мінімальне заглиблення кінця палі в глинистий грунт з показником плинності IL <0.1 рівне 0.5 не забезпечується. Збільшення глибини закладення ростверку не доцільно, тому що варіант з палями довжиною 9 м. є більш вигідним. .4 Визначення несучої здатності палі по матеріалу Опір палі за матеріалом визначається як опір елемента, работающйого на стиск, без урахування поздовжнього ізгіба.Несущая здатність палі за матеріалом, кН, для залізобетонної палі визначається за формулою: (3.4) де - коефіцієнт умов роботи, що приймається для набивних паль рівним 0,6, для решти 1; - коефіцієнт умов роботи бетону, що дорівнює для паль перетином 30х30 см і більше рівним 1, для паль меншого перетину - 0,9; - розрахунковий опір бетону осьовому стиску, кПа; - площа поперечного перерізу палі, м2; - розрахунковий опір арматури, кПа; - площа поперечного перерізу поздовжньої арматури (А-II, ∅18мм) палі, м2. (3.5) (3.6) .5 Визначення несучої здатності палі по грунту Несуча спроможність, кН, висячої забивний палі і палі оболонки, що занурюються без виїмки грунту, що працюють на стискають навантаження, визначається як сума сил розрахункових опорів грунтів основи під нижнім кінцем палі і на її бічній поверхні за формулою: (3.7) де - коефіцієнт умов роботи палі в грунті, що приймається для забивних паль рівним 1; - площа обпирання на грунт палі, м2; - розрахунковий опір грунту під нижнім кінцем палі, кПа; - зовнішній периметр поперечного перерізу сва , М; - товщина -ого шару грунту, що стикається з бічною поверхнею палі, м; - розрахунковий опір -ого шару грунту основи на бічній поверхні палі, кПа ;, - коефіцієнти умов роботи грунту відповідно під нижнім кінцем і на бічній поверхні палі, що враховують вплив способу занурення паль на розрахункові опору грунту, прийняті для забивних паль рівним 1. (3.8) Таблиця 3.1 - Визначення несучої здатності палі по грунтуХарактерістіка грунтаzihififi * hiПесок мелкій2.9250.1534.6255.194Суглінок потвердий4246.8593.76251.4102.88254.62109.249.5156.56356. 563Гліна полутвердая10.6251.2565.87582.344Σ449.841 3.6 Визначення кількості паль Кількість паль в фундаментах з низьким ростверком попередньо визначають за формулою: (3.9) де - коефіцієнт, наближено враховує вагу ростверку і дію моменту від горизонтальних сил, приймається рівним 1.25- розрахункова вертикальна навантаження на фундамент, кН, за формулою (3.10); - мінімальна несуча здатність палі по грунту, кН; - коефіцієнт надійності, що приймається для фундаментів опор мостів з низьким ростверком рівним 1,4. (3.10) .7