Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Водопропускная труба

Введение

Водопропускные трубы являются наиболее распространенным видом искусственных сооружений на дорогах. В среднем на каждые 1,35 км дороги приходится водопропускная труба.

Целью курсовой работы является приобретение студентами практических навыков по дисциплине «Основания и фундаменты» на примере проектирования основания и фундамента круглой сборной железобетонной водопропускной трубы под насыпью автомобильной дороги в районах сезонного промерзания грунтов.

Сущность курсовой работы состоит в привязке типового проектного решения сборного железобетонного фундамента трубы к заданным грунтово-гидрологическим условиям, заведомо требующим повышения прочности и устойчивости природного основания. При этом из известных способов создания искусственных оснований предлагается рассмотреть вариант замены слабого грунта природного основания на грунтовую подушку.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ.

Варианты исходных данных приведены в табл. 1 и 2 и пояснены на рис.1. в табл.1 указаны варианты отметок слоёв геолого-литологического разреза по оси трубы. За нулевую отметку принята отметка лотка трубы по оси насыпи.

В каждом варианте задания основание трехслойное. Мощность третьего слоя следует считать неограниченной.

Физические и механические характеристики грунтов основания приведены в табл.2.

Район строительства, категория дороги, высота насыпи, уклон лотка трубы и диаметр трубы приведены в бланке, прилагаемом к заданию.

Грунты основания условно следует считать двухфазными со степенью влажности Sr = 1. Отметка уровня воды (УВ) в трубе условно принимается по верху её внутреннего диаметра.

Таблица 1

Отметки слоёв грунтового основания

№

варианта

Дневная поверхность грунта, м

Подошва первого слоя грунта, м

Подошва второго слоя грунта, м

0,04

-2,4

-6,4

Район строительства: г.Томск; Уклон лотка трубы: i = 0.002

Категория дороги: II; Отверстие круглой трубы, м: 2.0

Высота насыпи, м: 4,2

Таблица 2.

Варианты физических и механических характеристик грунтов основания

№

вари-анта

№ слоя

осно-

вания

Вид грунта

Плотность частиц

грунта rs, т/м3

Природная влажность

Влажность на границе

раскатывания WP

Влажность на границе

текучести WL

Модуль деформации

E, МПа

Угол внутреннего

трения jI, град

Удельное сцепление сI, кПа

Суглинок

Глина

2,71

2,75

0,28

0,24

0,30

0,22

0,20

0,26

0,37

0,36

0,44

7,5

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТА.

. Оценка грунтов основания

По исходным физическим характеристикам грунтов основания (табл.2) рассчитываются их производные характеристики.

Для глинистого грунта вычисляют:

коэффициент пористости

, (1)

где – плотность воды, принимаемая равной 1 т/м3;

плотность грунта, т/м3,

; (2)

удельный вес грунта, кН/м3,

, (3)

где g= 9,81 м/с2 -ускорение свободного падения;

удельный вес частиц грунта, кН/м3,

; (4)

плотность грунта во взвешенном состоянии, т/м3,

; (5)

удельный вес грунта во взвешенном состоянии, кН/м3,

(6)

число пластичности

; (7)

показатель текучести

. (8)

На основании ГОСТ 25100 [2] по найденному значению Jp уточняют разновидность глинистого грунта (супесь, суглинок, глина) (табл.П.1.1), а по значению JL - его консистенцию (табл.П.1.2).

Для песчаного грунта вычисляют: коэффициент пористости е по выражению (1); плотность грунта r по выражению (2); удельный вес грунта g по выражению (3); удельный вес частиц грунта gs по выражению (4); удельный вес грунта во взвешенном состоянии gв по выражению (6).

Разновидность песков по степени плотности устанавливается в зависимости от его коэффициента пористости е по ГОСТ 25100 [2] .

Результаты расчетов сводим в таблицу 3.

Таблица 3.

Физические характеристики грунтов основания

№ слоя основания	Коэффициент пористости е	Плотность грунта r, т/м3	Удельный вес грунта g, кН/м3	Удельный вес частиц грунта gs, кН/м3	Плотность грунта во взвешенном состоянии rв, т/м3	Удельный вес грунта во взвешенном состоянии gв, кН/м3	Число пластичности Jp	Показатель текучести JL	Разновидность грунта
1	0,76	1,97	19,35	26,59	0,97	9,54	0,15	0,40	Сугл.туг.
2	0,65	2,04	19,97	26,59	1,04	10,16	0,16	0,25	Сугл.туг.
3	0,83	1,95	19,27	26,98	0,96	9,41	0,18	0,22	Глина полутвердая.

Для глин и суглинков твердой и полутвердой консистенции удельный вес грунта во взвешенном состоянии gв не определяют, т.к. эти грунты считаются водонепроницаемыми.

. Конструирование трубы

Для выбора конструктивных элементов трубы в соответствии с табл.П.8.1 назначают номера блоков. По табл.П.8.2-П.8.4 назначают геометрические размеры звеньев, лекальных блоков фундамента, портальных стенок, откосных крыльев. Объём и масса выбранных элементов трубы приведены в табл.П.8.5.

Параметры выбранных типовых конструкций элементов трубы необходимо свести в табл.4.

Таблица 4.

Параметры элементов трубы

Номер

элемента

трубы

Лекальный блок

фундамента

Номер

элемента

трубы

Цилиндрическое звено

l ,см

bлб ,

см

Объём

1м блока, м3

l ,см

do ,см

d, см

Объём

1м звена, м3

201

195

1,48

100

200

1,09

Исходя из заданных категории дороги, высоты насыпи и диаметра трубы, определяют её длину Lтр.

Минимальная длина трубы lтр рассчитывается по формуле

lтр = B+2(Hн – dо – d)m , (9)

где B – ширина земляного полотна, м, принимаемая по СНиП 2.05.02–85 [5] в зависимости от категории дороги (прил.5) В = 15 м.; Hн – высота насыпи, равная 4,2 м; d0 – отверстие трубы, равный 2,0 м; d – толщина стенки, равная 0,16 м (табл.4); m – коэффициент заложения откоса, назначаемый по СНиП 2.05.02–85 [5] (прил.6), m = 1,5.

Тогда: lтр = 15 + 2(4,2 – 2 – 0,16)1,5 = 21,12 м.

При этом необходимо, чтобы Lтр³lтр.

Укрепление подводящего и отводящего русел – важнейший конструктивный элемент водопропускной трубы. Для территории II – V дорожно-климатических зон рекомендуется пять типов конструкции укрепления русел [8]. Тип укрепления русла назначают с учетом скорости протекания воды и допускаемых скоростей потока. При выполнении курсовой работы условно принимается вариант конструкции, приведенной на рис.2.

Отметка обреза фундамента водопропускных труб назначается ниже отметки дневной поверхности грунта на 0,20 м (см. рис.1).

Отметка подошвы фундамента назначается с учетом глубины промерзания в районе строительства.

Отметка подошвы оголовочного звена и открылков назначается на 0,25 м ниже расчетной глубины промерзания df .

Глубину заложения фундамента средней части трубы назначают независимо от глубины промерзания.

Для районов, где глубина промерзания £ 2,5 м, её расчетное значение рассчитывается по формуле СНиП 2.02.01 [3]

, (10)

где d0 – величина, принимаемая равной, м, для суглинков и глин – 0,23; супесей, песков мелких и пылеватых – 0,28; Mt – безразмерный коэффициент, численно равный сумме å | TM | абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур оС за зиму, принимаемых по СНиП 23.01-99 [6] (прил.9); kh – коэффициент, учитывающий влияние теплового режима принимается равным 1,1.

2.3. Оценка несущей способности и сжимаемости грунтов основания.

Несущая способность грунтов основания оценивается послойно сверху вниз (см. рис.1).

Для первого слоя грунта значение R определяют на глубине d1 = 3 м, если d1 <3 м; при d1 >3 м d1 принимается равным расстоянию от середины насыпи (Hн/2) до середины первого слоя грунта основания, а для второго и третьего слоев грунта соответственно на уровне их кровли (d2, d3).

Для каждого i-го слоя грунта основания (нескального) определяют расчетное сопротивление осевому сжатию R согласно СНиП 2.05.03 [4]:

Ri =1.7{Roi [1+k1 (bлб – 2)]+k2g(di–3} (11)

где R0 - условное сопротивление грунта, кПа, принимаемое по прил. 2 и 3 в зависимости от вида грунта и его физических характеристик (табл.3); k1 и k2 - коэффициенты, принимаемые по прил.4; di - глубина, м, на которой определяется Ri, принимаемая от середины высоты насыпи (см.рис.1); g - средний удельный вес слоев грунта, без учета взвешивающего действия воды принимается равным 19,62 кН/м3; bлб - ширина подошвы лекального блока, м (табл.4).

Грунты, у которых R0 не нормируется, относятся к слабым. Они, как правило, не могут служить естественными основаниями фундаментов. В этом случае необходимо для улучшения основания проводить такие мероприятия, как замена грунта, улучшение его физико-механических свойств, применение свайных фундаментов. В курсовой работе рассматривается замена грунта.

d1=3.3 м; R01 =147 кПа; k11= 0,02 м-1; k21= 1,5 м-1;

d2=4.5 м; R02 =196 кПа; k12= 0,04 м-1; k22= 2,0 м-1;

d3=8.5 м; R03 =245 кПа; k13= 0,04 м-1; k23= 2,0 м-1;

Таким образом:

R1 = 269,41 кПа; R2 = 391,39 кПа; R3 = 631,48 кПа;

Вывод: самый слабый слой грунта – 1 слой.

2.4. Определение нагрузок, действующих на основание

фундамента трубы

Cогласно СНиП 2.05.03 [4], параметры фундамента мелкого заложения устанавливаются расчетами по первой группе предельных состояний на основе сочетания расчетных (постоянных и временных) нагрузок.

К постоянным нагрузкам относятся: давление от веса насыпи, собственный вес конструкции трубы и гидростатическое давление.

К временной нагрузке – давление от подвижной нагрузки.

2.4.1. Определение расчетного вертикального давления на звенья

трубы от постоянных нагрузок веса насыпи [4]

Рис.3. Схема к определению расчетного

вертикального давления на звенья трубы

от постоянных нагрузок

1. Расчетное вертикальное давление грунта на звенья трубы [4], кПа,

, (12)

где gf = 1,1 – коэффициент надежности по нагрузке; pn – нормативное вертикальное давление, кПа.

Нормативное вертикальное давление грунта от веса насыпи на звенья

трубы определяют по формуле [4], кПа,

pv=cvgнhн , (13)

где hн – высота засыпки от верха дорожного покрытия до верха звена, м; gн – удельный вес грунта насыпи, кН/м3, принимаемый 17,7кН/м3;

pv=17,7*1,69*1,14=34,06 кПа

сv – коэффициент вертикального давления грунта, определяемый для железобетонных звеньев трубы по формуле

(14)

Здесь:

. (15)

Если Во >hн /d , то следует принимать Во=hн /d; jn– нормативный угол внутреннего трения грунта засыпки трубы, равный 30 град; d – внешний диаметр звена водопропускной трубы, м; а – расстояние от основания насыпи до верха звена трубы, м; S – коэффициент, принимаемый равным 1,0; tп– коэффициент нормативного бокового давления грунта для звеньев трубы, определяемый по формуле

. (16)

Нагрузка от веса 1 п.м звена трубы, кН,

=Vзвgbgf, (17)

где Vзв – объём 1п.м звена, м3 (см. табл.4); gb – удельный вес железобетона (24 кН/м3); gf – коэффициент надежности по нагрузке (gf =1).

Нагрузка от веса 1 п.м лекального блока фундамента, кН,

=Vлбgbgf, (18)

где Vлб – объём лекального блока, м3 (см.табл.4).

4. Погонная нагрузка от гидростатического давления, кН (см. рис. 3),

gf, (19)

где dо – внутренний диаметр трубы, м; gw – удельный вес воды (9,81 кН/м3).

2.4.2. Определение вертикального давления на звенья трубы от

подвижной нагрузки

Расчетное вертикальное давление грунта от подвижного состава на звенья трубы вычисляют по формуле [4]

, (20)

где gf =1,0 – коэффициент надежности по нагрузке [4];

(1+m) – динамический коэффициент, который при нагрузке НК-80 определяется по формуле [4]

(1+m)=1,35-0,05d. (21)

(1+m)=1,35-0,05*2 ,32= 1,23

Нормативное вертикальное давление, кПа, на звенья трубы от подвижной нагрузки вычисляют по формуле

(22)

где y – линейная нагрузка, определенная по СНиП 2.05.03 [4], для нагруз-

ки НК-80 при высоте засыпки 1м и более равна 186 кН/м; а0 – длина участка распределения, определенная по СНиП 2.05.03 для нагрузки НК-80, при высоте засыпки 1м и более равна 3 м; hн – расстояние от верха дорожного покрытия до верха звена, hн = 2,0 м.

2.5. Проверка ширины подошвы фундамента по прочности основания.

Достаточность ширины подошвы фундамента bлб определяют, исходя из обеспечения условия:

, (23)

где р – давление под подошвой фундамента, кПа; R – расчетное сопротивление грунта основания сжатию под подошвой фундамента, определенное по формуле (11); gn – коэффициент надежности по назначению сооружения, принимаемый для фундаментов труб равным 1,4.

Выполнение условия (23) достигается заменой слабой толщи грунта на грунтовую подушку, расчет параметров которой рассматривается в п. 2.7.

Расчетная вертикальная нагрузка P, действующая на уровне обреза фундамента, кН, составляет

(24)

где – нагрузка от веса 1 п.м звена трубы, определяется по формуле (17) ; – нагрузка от веса 1 п.м лекального блока фундамента определяется по формуле (18); – погонная нагрузка от гидростатического давления определяется по формуле (19); – определяется по формуле (12); – определяется по формуле (20); d= do+ 2d – внешний диаметр трубы, равный 2,32 м;

Проверка несущей способности подстилающего слоя

Проверку несущей способности подстилающего слоя грунта следует производить исходя из условия, регламентируемого СНиП 2.05.03[4] (рис.5):

(25)

где p –давление на грунт, действующее под подошвой фундамента, кПа, см. формулу (23); g – среднее (по слоям) значение расчетного удельного веса грунта, расположенного над кровлей проверяемого подстилающего слоя грунта (допускается принимать g=19,62 кН/м3); h – заглубление подошвы фундамента от дневной поверхности грунта, равная 0,47 м; zi– расстояние от подошвы фундамента до поверхности проверяемого подстилающего слоя грунта, равное 1,53 м; a – коэффициент затухания напряжений, принимаемый по прил.7, равный 0,699; R – расчетное сопротивление подстилающего грунта, кПа, определенное на глубине расположения кровли проверяемого слоя грунта по формуле (11); gn – коэффициент надёжности по назначению сооружения, принимаемый равным 1,4.

Рис.4.Схема к проверке несущей способности подстилающего

слоя:

HH – высота насыпи, равная 4,1м;

h – глубина заложения фундамента, равная 0,47м;

szc– интенсивность давления от сооружения на уровне кровли

подстилающего слоя; sпс– природное давление на уровне кров-

ли подстилающего слоя; 1-эпюра дополнительного давления от

сооружения szc; 2 - эпюра природного давления грунта sпc; 3 –

кровля слабого слоя грунта; 4 - подошва слоя грунта

При проверке несущей способности подстилающего слоя грунта от давления фундамента водопропускной трубы формула (25) имеет вид:

(26)

где пс – природное давление грунта (см. рис.5), определяемое по формуле:

пс =(zi+ h)g1 , (27)

пс =(1,96 + 0,44)*19,35=38,66кПа ,

где: g1 – удельный вес грунта первого слоя, равный 19,33 кН/м3;

zc – давление от сооружения, рассчитываемое по формуле:

, (28)

где: Р определено по формуле (24).

Расчет параметров грунтовой подушки

Грунтовая подушка воспринимает давление от фундамента, передает его нижележащему грунту, распределяя на большую площадь.

При устройстве грунтовых подушек используют крупнозернистые и среднезернистые пески, щебень, гравий, техногенные грунты.

В курсовой работе рассматривается грунтовая подушка из песка, для которого модуль деформации Е составляет: крупнозернистый песок – Е = 30 МПа; среднезернистый – Е = 20 МПа.

Коэффициент уплотнения грунтовой подушки должен составлять не менее 0,95, а плотность – rП =2,0 т/м3.

При заложении оголовков труб на дренирующую грунтовую подушку необходимо предусматривать противофильтрационный экран. В курсовой работе экран из рассмотрения исключен.

При расчете грунтовой подушки определяют ее высоту hn и ширину в плане. Высоту подушки находят из условия обеспечения её прочности (рис. 6):

, (29)

где – удельный вес грунта слабого слоя, равный 19,33 кН/м3; a – коэффициент, принимаемый по прил.7, равный 0,699; gгп – удельный вес грунта подушки, равный 19,62 кН/м3; h – заглубление подошвы фундамента, равная 0,47 м; R – несущая способность грунта, расположенного ниже подушки, определенная по формуле (11).

hп принимаем равной 1,0 м.

Тогда, подставляя все найденные значения в формулу (29), условие обеспечения будет иметь вид:

Ширину песчаной подушки bп, для удовлетворения приведенных выше требований определяют по формуле:

(30)

где угол b (рис.5) для среднезернистого песка равен 300, крупнозернистого песка – 450.

Длину песчаной подушки определяют по формуле:

(31)

Крутизна откоса котлована под подушку m зависит от вида грунта и глубины котлована (табл.5).

Таблица 5.

Наибольшая крутизна откоса котлована

(извлечение из СНиП 3.02.01-87 [7]) (1:m)

Вид грунта

Глубина котлована, м

до 1,5

1,5…3

3…5

Песок

Супесь

Суглинок

Глина

1:0,50

1:0,25

1:0

1:1

1:0,67

1:0,50

1:0,25

1:0,85

1:0,75

1:0,50

Принимаем m = 0,50, т.к. глубина котлована равна 2.0 м, вид грунта-суглинок

РАСЧЕТ ОСАДКИ ФУНДАМЕНТА.

НАЗНАЧЕНИЕ ВЕЛИЧИНЫ

Водопропускная труба 📙 Курсовая → 🆔 55666