Свайный фундамент пешеходного моста

Расчет и проектирование свайных фундаментов под опору моста (стр. 1 )

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5

Государственное образовательное учреждение

«Ростовский государственный университет путей сообщения»

РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ

СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ ПОД ОПОРУ МОСТА

Расчет и проектирование свайных фундаментов под опору моста : методические указания к выполнению расчетно-графической работы по дисциплине «Основания и фундаменты» / , , ; Рост. гос. ун-т путей сообщения. – Ростов н/Д, 2006. – 25 с. : ил. Библиогр. : 9 назв.

Методические указания служат руководством при выполнении расчетно-графической работы на тему: «Расчет и проектирование свайных фундаментов под опору моста». В указаниях изложены основные положения по расчету и проектированию свайных фундаментов и приведены необходимые для расчетов справочные данные.

Рецензент: канд. техн. наук, доц. (РГУПС)

РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ ПОД ОПОРУ МОСТА

Подписано в печать 28.12.2006. Формат 60х84/16.

Бумага газетная. Ризография. Усл. печ. л. 1,4.

Уч.-изд. л. 1,4. Тираж 100. Изд. № 000. Заказ №

Ростовский государственный университет путей сообщения.

Адрес университета: 344038, Ростов н/Д, пл. Ростовского Стрелкового Полка Народного Ополчения, 2.

Ó Ростовский государственный университет путей сообщения, 2006

1 Общие положения

1.2 Типы свайных фундаментов

2 Проектирование свайных фундаментов. Основные положения

2.1 Определение размеров ростверка и выбор типа свайного фундамента

2.2 Выбор типа свай и назначение их размеров

2.3 Определение несущей способности свай

2.4 Определение количества свай и размещение их в ростверке

2.5 Расчет свайного фундамента как статически неопределимой стержневой системы

2.6 Проверка свайного фундамента как условного массивного фундамента

2.7 Расчет основания свайного фундамента по деформациям

3 Проектирование свайных фундаментов в особых условиях

3.1 Вечномерзлые грунты

3.2 Просадочные грунты

3.3 Сейсмические районы

1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Свайные фундаменты в настоящее время нашли самое широкое применение во всех видах строительства, в том числе и в транспортном строительстве при сооружении опор мостов. Однако не во всех случаях свайные фундаменты являются наиболее экономичными. Вопросы, связанные с выбором типов фундамента свай, должны решаться на основе технико-экономического сравнения различных вариантов фундамента.

Транспортные строители располагают большим количеством типоразмеров свай применительно к любым условиям стройки [3]. В зависимости от условий строительства могут быть применены различные типы свайных фундаментов с теми или иными сваями.

В указаниях наиболее подробно рассмотрены вопросы проектирования фундаментов с призматическими железобетонными забивными сваями. Это, однако, не исключает применение в расчетной работе других типов свай.

В строительстве находят применение забивные, набивные и винтовые сваи. Забивные сваи могут быть выполнены из дерева, железобетона или металла. Изготавливают их в заводских условиях, а затем с помощью механизмов погружают в грунт.

Наиболее широко распространены железобетонные сваи: призматические с обычной или преднапряженной стержневой арматурой; преднапряженные, армированные высокопрочной проволокой или прядями; сваи-оболочки с закрытым и открытым нижним концом.

В последнее время в строительстве находят применение преднапряженные сваи без поперечного армирования. Из-за ограниченной длины их применяют, главным образом, в промышленном и гражданском строительстве.

На железобетонные сваи широкого применения разработаны нормали (прил. А).

Область применения забивных свай весьма обширна. Это промышленное, гражданское, сельскохозяйственное и транспортное строительство. При возведении мостов для небольших глубин заложения и небольших нагрузок чаще применяют призматические сваи, а для больших глубин заложения и значительных по величине нагрузок – преимущественно сваи-оболочки, погружаемые с закрытым или открытым нижним концом.

Набивные сваи изготавливают непосредственно в грунте, в котором они будут работать. Полость, в которой бетонируют сваи, может быть выполнена различными способами: забивкой и последующим извлечением инвентарной сваи, забивкой извлекаемой или неизвлекаемой оболочки, бурением. В последнем случае сваи называют буровыми. Иногда для повышения несущей способности сваи в нижней ее части делают уширение. Оно может быть выполнено либо путем разбуривания полости специальной фрезой (сваи ЦНИИ транспортного строительства), либо взрывным способом (камуфлетные сваи).

Винтовые сваи, в отличие от забивных, погружают в грунт путем завинчивания, для чего они снабжены винтовыми наконечниками. Диаметр наконечника больше диаметра ствола сваи, поэтому такая свая имеет большую грузоподъемность. Винтовые сваи применяют в мостостроении, а также в тех случаях, когда необходимо передать на сваи значительные выдергивающие усилия при устройстве различного рода анкеров.

1.2 Типы свайных фундаментов

В зависимости от размещения свай в ростверке свайные фундаменты могут быть выполнены в виде:

– одиночных свай – под отдельно стоящие опоры;

– лент – под стены зданий и сооружений при передаче на фундамент распределенных по длине нагрузок с расположением свай в один, два и более рядов;

– кустов – под колонны и столбы, с расположением свай в плане на участке квадратной, прямоугольной или иной формы;

– свайного поля – под тяжелые сооружения с распределенными по всей площади нагрузками и расположением свай под всем сооружением.

В зависимости от положения низа ростверка по отношению к поверхности грунта различают свайные фундаменты с низким ростверком – низ ростверка заглублен в грунт, и с высоким ростверком – низ ростверка поднят над поверхностью грунта (в некоторых случаях заглублен на небольшую глубину).

Высокие ростверки более экономичны по сравнению с низким. Как те, так и другие, находят широкое применение в мостостроении. Фундаменты с высоким ростверком являются основным типом фундаментов для строительства в условиях вечной мерзлоты.

2 ПРОЕКТИРОВАНИЕ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ.

Основным нормативным документом при проектировании свайных фундаментов является СНиП [4]. Помимо этого следует руководствоваться работой [1].

Проектирование свайных фундаментов мостов в общих чертах сводится к следующему:

1 Определяют нагрузки, передаваемые на свайный фундамент.

2 Выбирают тип ростверка и определяют его размеры.

3 Выбирают тип сваи и определяют ее параметры (длину, сечение, несущую способность).

4 Определяют количество свай и размещают их в плане.

5 Выполняют проверки свайного фундамента на действие горизонтальных и вертикальных нагрузок.

6 Рассчитывают осадку основания свайного фундамента.

При проектировании свайных фундаментов учитывают расчетные нагрузки. При расчете осадок принимают коэффициент перегрузки n=1.

2.1 Определение размеров ростверка и выбор типа свайного фундамента

Высота ростверка. Положение обреза обычно задано или назначается 0,5 – 1,0 м ниже межени или поверхности грунта.

Подошву ростверка в пучинистых грунтах закладывают ниже уровня промерзания на 0,25 м. В непучинистых грунтах высоту ростверка назначают конструктивно. Если в первом случае высота ростверка получилась незначительной, она также может быть назначена конструктивно.

В русле водоема, если возможен размыв дна, подошва низкого ростверка должна быть заглублена в грунт ниже уровня размыва не менее чем на величину

h = tg (450 — ) 1b1 , (1)

где φ – угол внутреннего трения грунта, град;

Т – горизонтальная нагрузка, действующая вдоль или поперек оси моста, кН;

γ1 – средний объемный вес грунта, расположенного выше уровня подошвы плиты ростверка (с учетом взвешивания его в воде), кН/м3;

b1 – ширина грани ростверка, перпендикулярной направлению действия силы Т, м.

Высота ростверка – это расстояние между обрезом и подошвой плиты. Если она получается значительной, то целесообразно применить высокий ростверк. В этом случае высоту его назначают конструктивно, учитывая, однако, что она должна быть не менее 1,5 – 2 м, и подошву ростверка располагают не менее чем на 25 см глубже нижней кромки льда при низком ледоставе.

Размеры ростверка в плане. Размеры ростверка в уровне обреза зависят от размеров опоры, а в уровне подошвы – от количества свай и расстояний между ними. Если количество свай невелико, то боковые грани ростверка могут быть вертикальными, в противном случае делается развитие ростверка под углом не более 30 градусов. Угол отсчитывают от грани опоры, при этом ростверк делают ступенчатым.

Минимальные размеры ростверка (без развития) можно найти по формулам

Ар = a + 2c0 ; Bр = b + 2c0 , (2)

где Ар и Вр – размеры ростверка в плане, м;

a и b – размеры опоры в плане, м;

c0 – обрезы, принимаемые по 0,3 – 0,5 м.

2.2 Выбор типа свай и назначение их размеров

При сооружении опор мостов свайные фундаменты применяют в тех случаях, когда грунты, имеющие достаточную несущую способность, залегают на большой глубине. При этом, если нижняя часть сваи – острие – опирается на грунт, обладающий очень большой несущей способностью (крупнообломочный или связный твердой консистенции), свая работает как стойка. В противном случае она будет висячей.

Источник

Мост на винтовых сваях: использование винтовых свай при строительстве мостов

Содержание статьи:

Винтовые сваи широко используются в мостостроении на протяжении уже довольно длительного времени. При этом подход к проектированию фундаментов таких объектов претерпел довольно сильные изменения.

Во второй половине 20 века советские инженеры добивались увеличения несущей способности свай путем увеличения длины, а также диаметра ствола и лопасти. Однако материалоемкость таких конструкций возрастала в разы. Так, известен случай, когда в качестве фундамента моста через Днестр были использованы сваи со следующими геометрическими параметрами:

• диаметр лопасти – 2,2 м;
• диаметр ствола – 1,02 м;
• длина сваи – 36 м.

Сейчас многие специалисты добиваются соответствия несущей способности требованиям проектной документации не только путем увеличения длины, диаметров ствола и лопасти, но и назначением таких параметров, как количество и конфигурация лопастей.

Тем не менее, результаты расчетов данных конструкций винтовых свай на вдавливающие, выдергивающие и горизонтальные нагрузки аналитическими методами, базирующимися на табличных значениях коэффициентов, демонстрируют значительные расхождения с результатами, полученными во время полевых испытаний грунтов натурными сваями.

В связи с этим специалисты компании «ГлавФундамент» при оценке несущей способности используют численное моделирование статических испытаний грунтов сваями: создание расчетных схем для численного моделирования позволяет получать достоверные результаты, когда расхождение в величине несущей способности даже для слабых грунтов не превышает 20%.

1. Расчетное обоснование по выбору винтовых свай для фундамента временного моста через реку Убин

Было выполнено математическое моделирование взаимодействия винтовой сваи с грунтом основания. Для этого специалисты использовали геотехнические программные комплексы, реализующие метод конечных элементов.

В результате было установлено, что наиболее эффективным решением является применение многолопастной винтовой сваи со следующими конструктивными и геометрическими параметрами:

• диаметр лопастей – 700 мм;
• толщина лопастей – 10 мм;
• конфигурация лопастей – для грунтов полутвердой консистенции;
• диаметр ствола – 325 мм;
• толщина стенки ствола – 8 мм;
• длина сваи – 11 900 мм.

Затем специалисты компании «ГлавФундамент» выполнили расчет по второй группе предельных состояний (по материалу) для обоснования применения электросварной трубы в качестве сырья для изготовления винтовых свай, запланированных к использованию в фундаменте временного моста через реку Убин (Краснодарский край).

2. Методика проведения численных расчетов и оценка несущей способности свай по материалу. Обоснование применения электросварной трубы

Расчетная нагрузка на одну сваю в наиболее нагруженной опоре при наиболее неблагоприятном случае нагружения и месте расположения сваи составляет 52,7 тонны.

Моделирование выполнялось в трехмерной постановке, в качестве модели материала стальной сваи принималась линейно-упругая модель. Сварной шов моделировался снижением прочностных свойств материала сваи к основному металлу.

Для расчета прочности и жесткости (по материалу) элементов ростверка и винтовых свай были созданы их трехмерные модели. Жесткостные характеристики элементов назначались в соответствии с проектной документацией. Сосредоточенная нагрузка прикладывалась как равномерно распределенная по «пятну контакта».

3. Анализ результатов расчетов

Для оценки прочности стальных конструкций применена четвертая теория прочности (Губера-Мизеса-Генки).

По результатам численного моделирования был сделан вывод, что максимальные эквивалентные напряжения в сварном шве 50-130 МПа не превышают значение расчетного сопротивления стали (235 МПа).

Это доказало возможность применения принятых конструкций винтовых свай из электросварной трубы.

Перед массовым погружением специалисты компании рекомендовали провести натурные испытания винтовых свай статической нагрузкой.

Источник

Мосты на свайно–винтовом фундаменте

В ряде случаев, беря во внимание строительство мостов в тех местах, где доминируют илистые, обводненные, в общем, некрепкие виды грунтов, применение свайно-винтового фундамента становится единственным очевидным решением. Ведь винтовые лопасти свай дают возможность им проникать и закрепляться в таких местах, где нельзя установить ни один другой тип фундамента.

Данная технология обладает рядом преимуществ:

• малые затраты на строительство,
• быстрота монтажа, долговечность,
• большой запас прочности и неприхотливость в плане места устройства.

При своей высокой экономичности мосты на винтовых сваях весьма долговечны. Срок службы винтового фундамента составляет 100 и более лет. Строительство фундамента моста по свайной технологии годится для автомобильных, пешеходных мостов и железнодорожных эстакад. По причине своей легкости сваи не утяжеляют общую конструкцию моста, а в случае незначительных нагрузок допускается даже не выполнять заливку стволов свай. Небольшой вес, простота конструкции – отличительные особенности винтовых свай. Это очень серьезный показатель при работе с плывущими почвами.

Быстрота, большая точность, низкий уровень шума – всё это дает возможность сооружать мосты где угодно. Даже для небольших участков и охраняемых зон этот метод прекрасно подходит. Технология непрерывно совершенствуется. С её помощью строятся эстакады, пешеходные мосты, причалы и т.д. А использование в мостостроении – самый яркий показатель надежности этой технологии.

При постройке пирсов и мостов мы принимаем во внимание характер рельефа, как берега, так и подводного участка, кроме этого, предусматриваем влияние льда и его движения, связывая винтовые сваи каркасом особой конструкции.

Строим пирсы как для маломерных судов (пирс для водного мотоцикла или катера, пирс для купания), так и для больших катеров и яхт.

Источник