Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Свайная набережная с высоким ростверком

Министерство транспорта Российской Федерации

Санкт-Петербургский государственный университет

Морского и речного флота имени С.О. Макарова.

Кафедра ПСПОФ

СВАЙНАЯ НАБЕРЕЖНАЯ С ВЫСОКИМ РОСТВЕРКОМ

Курсовой проект

Выполнил: студент гр. ГТ-41 Петров В.М.

Проверила: Ленская Л.И.

Санкт-Петербург

СОДЕРЖАНИЕ

Исходные данные…………………………………………………………………….....3

1. Выбор основных габаритных размеров свайной набережной…………………….…4

2. Определение нагрузок, действующих на сооружение…………………………..……6

3. Уточнение схемы свайного основания………………………………………………..12

4. Определение глубины забивки свай…………………………………………………..15

5. Расчет шпунтовой стенки………….…………………………………………………..20

6. Статический расчет свайной набережной с жестким ростверком…….…..………..25

7. Проверка общей устойчивости сооружения………………………………………….32

8. Определение ориентировочной стоимости строительства сооружения …………...36

Список литературы……………………………………………………………......…….38

1. Выбор основных габаритных размеров свайной набережной

Выбор основных габаритных размеров конструкции набережной производится в следующей последовательности:

1. Наносятся отметки уровней воды, кордона и территории; от низкого расчетного уровня (НРУ= -0,50 м) откладывается глубина у причала (8,5м);

2. Намечается положение передней грани ростверка, в данном проекте переднюю грань ростверка принимаем вертикальной;

3. Намечается положение нижней грани ростверка, которое зависит от материала ростверка, свай, расчетных уровней воды и условий производства работ; для удобства заделки голов свай в ростверк и производства работ, низ ростверка при железобетонных сваях назначают выше НРУ на 0,5 м;

4. Расстояние от передней грани ростверка до оси лицевой шпунтовой стенки при железобетонном шпунте принимается а=0,6 м;

5. Глубина забивки шпунтового ряда ориентировочно принимается в зависимости от расстояния от низа ростверка до дна, но не менее 3 м, ; 0,6 * 9 = 5,4; предварительно глубина забивки принята равной 5,4 м;

6. Положение ближайшей к переднему ряду козловой сваи определяется из условия минимального расстояния между концом шпунтовой стенки и осью козловой сваи: .

7. Уклон козловых свай принимается 3:1. Положение растянутой козловой сваи определяется точкой пересечения ее с осью сжатой козловой сваи на расстоянии от низа ростверка;

8. Поскольку расстояние между осью шпунта и козловой сваи превышает 3м, намечается промежуточная вертикальная свая, на расстоянии 2,98м от лицевой шпунтовой стенки;

9. Задняя грань ростверка проходит на расстоянии от точки пересечения козловых свай.

Расчётная схема набережной представлена на рисунке 1.

2. Определение нагрузок, действующих на сооружение

1) Вес ростверка и грунта, расположенного на нем, определяется по известным габаритам сооружения.

Расчет нагрузок производится на 1 м сооружения при низком расчетном уровне воды.

Вес грунта и ростверка определяется по следующей формуле:

где - площадь поперечного сечения; при расчете площади сложных фигур поперечного сечения вычисляются с помощью функций программы AutoCAD.

ρ, т/м³ - плотность грунта или бетона.

Для перевода т в кН в формуле необходимо использовать объемный вес, тогда:

Расчет выполнен в табличной форме (табл.1).

Полная вертикальная нагрузка на сооружение получается при сложении собственного веса ростверка и грунта:

а) без учета полезной нагрузки на причал:

;

б) с учетом полезной нагрузки на причал :

Ростверк является жестким, так как по условию:

, где

B – длина ростверка; F_р – площадь сечения ростверка.

h_прив = 5,47 / √5,47 = 2,34

h_прив / B = 2,34 / 7,05 = 0,33 > 1/ 4,3 = 0,23

0,33 > 0,23 => ростверк является жестким.

Определение вертикальных нагрузок на ростверк представлено на рис.2.

2) Швартовые нагрузки:

Для морских судов величина силы от натяжения швартовых при глубине у причала составляет: .

Расчетное усилие, нормальное к кордону, распределяется на всю длину секции и определяется по следующей формуле:

где угол наклона швартова к горизонтальной плоскости;

угол между усилием параллельным линии кордона и проекцией направления швартовного усилия на горизонтальную плоскость; значения углов приняты для морских судов.

- предварительно принятая длина секции для набережной с бетонным ростверком.

3) Активное давление грунта на ростверк:

а) Горизонтальная нагрузка от бокового давления грунта на ростверк (рис. 2).

Определение давления грунта, действующего на ростверк, производится для вертикальной плоскости, проходящей через заднюю грань ростверка. Абсциссы активного давления определяются при низком расчетном уровне воды (НРУ) с учетом поверхностной нагрузки по формуле:

где - удельный вес грунта засыпки над НРУ;

глубина, на которой вычисляется величина активного давления;

- коэффициент активного давления грунта, зависящий от угла внутреннего трения грунта :

В пределах высоты ростверка грунт засыпки не меняется, а значит, его характеристики постоянны, эпюра активного давления будет монотонно возрастать в зависимости от глубины погружения. Для построения потребуется значения двух абсцисс активного давления:

на отметке +3.100:

;

на отметке 0.000:

Полное боковое давление грунта на ростверк, определиться как величина площади полученной эпюры:

Сила бокового давления грунта на 1 м:

б) Горизонтальная нагрузка от бокового давления грунта на шпунт (от низа ростверка).

Ростверк, расположенный позади шпунтового ряда, является экраном, снижающим давление грунта на шпунт и сваи. Поэтому эпюра активного давления грунта на плоскость шпунта строится с учетом экранирующего действия ростверка.

Через заднюю грань ростверка проводятся линии под углом и .Таким образом вертикальная плоскость шпунта разбивается на несколько зон:

1. В зоне АБ на шпунт действует только грунт, расположенный ниже ростверка;

2. В зоне ВГ также учитывается грунт, расположенный за пределами ростверка и нагрузка на поверхности ;

3. В переходной зоне БВ учитывается постоянно возрастающая нагрузка.

Ввиду изменения физико-механических характеристик грунта на уровне дна, эпюра активного давления будет иметь скачок.

Абсциссы эпюры активного давления определяются по формуле:

без учета сцепления:

Расчет выполнен в табличной форме (табл.2), эпюра изображена на рисунке 2.

Определение абсцисс бокового давления грунта
Отметка характерной точки
0,000	0,00	1,70	0,0	0,347	0,00
-0,500	0,50	1,70	8,5	0,347	2,95
-3,576	3,58	1,00	39,3	0,347	13,62
-3,576	3,58	1,00	39,3	0,406	15,94
-10,748	10,75	1,00	193,7	0,347	67,21
-10,748	10,75	1,00	193,7	0,406	78,63
-14,400	14,40	1,00	230,2	0,406	93,46

в) Определение силы , приложенной к низу ростверка (от распора грунта, лежащего ниже ростверка).

Для определения реакции от бокового давления грунта на шпунтовую стенку необходимо выполнить следующее:

1. Полученная эпюра активного давления разбивается на полоски, которые заменяются силами, приложенными в центры тяжести каждой полоски.

2. Строится силовой многоугольник с произвольно назначенным полюсом;

3. Производится построение веревочной кривой;

4. Проводится замыкающая до пересечения с продолжением последнего луча веревочного многоугольника;

5. В силовом многоугольнике проводится луч через полюс параллельно замыкающей и, таким образом, получается значение силы между проведенным и первым лучом.

Построения представлены на рисунках 3,4,5.

3. Уточнение схемы свайного основания

Выбор схемы свайного основания при проектировании сооружений с высоким свайным ростверком является важнейшей задачей. Основная идея уточнения свайного основания – наиболее экономичное решение путем такого размещения свай, при котором они будут загружены с полным использованием их несущей способности.

К расчету принимается схема, представленная на рисунке 1.

Для вертикальных набережных усилия в сваях определяют для двух случаев загружения:

а) При наличии временной равномерно распределенной поверхностной нагрузки на территории порта в пределах ширины ростверка;

б) При ее отсутствии.

Для расчета необходимы следующие величины:

1. Равнодействующая всех вертикальных сил:

Для случая а)

для случая б) ;

2. Равнодействующая всех горизонтальных сил:

Жесткий ростверк рассматривают как абсолютно жесткое недеформируемое тело, и распределение равнодействующей всех внешних сил (приложенных в центре тяжести ростверка) между сваями производят по схемам, приведенным на рисунках 6,7. Определение усилий в сваях производиться с помощью построения силового многоугольника (рис.6,7).

Уточнение свайного основания производят согласно рекомендуемым нагрузкам на железобетонные сваи: 700-800кН-для сжатых свай и 400-500кН – для растянутых.

Принято шахматное расположение свай, при котором минимальное расстояние между железобетонными сваями определяется в зависимости от наибольшей стороны прямоугольной сваи:

,принимаем

При предварительно принятом прямоугольном сечении сваи 0,5х0,30.

Усилие, приходящееся на группу свай А, равномерно распределяется на обе сваи группы.

Результаты графического определения усилий в сваях представлены в таблице 3:

В результате расчета, если придерживаться принятого сечения и принятого способа расстановки свай, усилия не превосходят рекомендуемые, а, следовательно, схема размещения свай не требует корректировки.

Расчетные усилия в сваях

№ сваи и группа	Тип сваи	Усилие в свае	Шаг свай	Расчетное усилие с q_o, кН	Расчетное усилие без q_o, кН	Допустимое усилие, кН
с qo	без qo
(А)	Сжатый несущий шпунт	222,95	151,25	1,0	222,95	151,25
1(А')	Сжатая	222,95	151,25	1,5	334,43	226,88
2(B)	Сжатая	396,2	360,3	1,5	594,30	540,45
3(C)	Растянутая	199,7	235,6	1,5	299,55	353,40

4. Определение глубины забивки свай

Предварительно для расчета выбираем железобетонные сваи с поперечным сечением 0,5х0,30.

Глубину погружения конца сваи и средняя глубина расположения i- ого слоя грунта, принимается от низа ростверка с отметкой 0.000.

Глубина забивки свай определяется по формуле несущей способности висячей забивной сваи.

Для сжатой сваи:

где несущая способность сваи (наибольшее фактическое усилие, действующее на сваю), кН;

коэффициент условий работы сваи в грунте;

коэффициенты условий работы грунта, соответственно, под нижнем концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи (в данной работе выбрано погружение механическими, паровоздушными или дизельными молотами);

расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа;

площадь опирания на грунт сваи;

периметр поперечного сечения сваи в i-том слое грунта;

расчетное сопротивление i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, кПа;

длина сваи в i-м слое грунта, м.

Для растянутой сваи:

где коэффициент условий работы сваи в грунте.

При определении расчетных сопротивление грунтов на боковой поверхности сваи , пласты расчленяют на однородные слои мощностью не более 2м.

При расчете сопротивление грунта засыпки на боковой поверхности не должно превышать одной четверти усилия в сжатой свае (P), то есть .

Таким образом, при расчете первой сжатой сваи ()в слоях, проходящих в засыпке, если ,то в расчет идет 108,23кН; при расчете второй сжатой сваи: .

Вычисления несущей способности свай сведены в таблицу 4, расчетные схемы представлены на рисунках 6,7.

По результатам расчета в таблице 4 принимаются следующие глубины забивки свай, вычисленные путем интерполяции для соответствующих расчетных усилий:

· первая сжатая железобетонная свая с расчетным усилием :

;

· вторая сжатая козловая железобетонная свая с расчетным усилием :

;

· козловая растянутая железобетонная свая с расчетным усилием :

В целях унификации элементов свайной набережной сваи, длины которых отличаются не более чем на 1 м, следует принимать одинаковыми большей длины. Длина первой и третьей сваи принимается равной .

Глубина забивки свай шпунтовой стенки определяется при последующих расчетах.

Расчет шпунтовой стенки

Входящие в состав свайных набережных тонкие шпунтовые стенки по схеме своей работы являются заанкерованными тонкими стенками. Особенности их расчета вытекают из наличия сзади забитых в грунт рядов вертикальных и наклонных свай.

Для набережных с передним шпунтом расчет выполняют с учетом экранирования активного давления сваями. В этом случае призма обрушения грунта позади шпунта пересекается свайным рядом и давление на стенку не может достигнуть своей полной величины, так как часть давления воспринимается сваями.

Все расчеты производятся на 1 м. Все построения представлены на рисунке 8.

Расчет и построения выполняются в следующей последовательности:

1. Необходимо ограничить призму обрушения, учитывая наличие свободных промежутков между сваями. Для этого определяется положение экранирующей плоскости. В данной работе при принятом шаге свай 1,05м и поперечном сечении 0,25х0,30 построение производится следующим образом (рис. 8):

В плане проводятся прямые под углом ,касающиеся контура сечения. Образовавшуюся зубчатую заднюю границу грунта заменяют прямой а’-а’, делящей пополам расстояние между продольной осью свайного ряда и параллельной ей линией, проходящей через вершины зубцов.

В результате получаем положение экранирующих плоскостей:

Для вертикальной сваи, первой после шпунтовой стенки:

Экранирующая плоскость а-а’, параллельная свае и расположенная от переднего шпунта на расстоянии .

Для наклонной сваи, второй после шпунтовой стенки:

Экранирующая плоскость в-в’, параллельная свае и расположенная на расстоянии .от экранирующей плоскости вертикальной сваи.

Таким образом, ограничиваются две зоны грунта:

I зона – между шпунтовой стенкой и экранирующей плоскостью первого свайного ряда

II зона – между первой и второй экранирующими плоскостями.

2. Производится построение эпюры давления, действующего на шпунтовую стенку:

1) Строится эпюра активного давления грунта I зоны :

Из точки а пересечения экранирующей плоскости а-а’ с низом ростверка проводится под углом к вертикали линия обрушения аМ. Линия аМ пересекает шпунтовую стенку на глубине d =5,47м ().Принимается, что влияние экранирующей плоскости не сказывается до глубины d, то есть давления в пределах этой глубины растет по обычному закону , достигая наибольшего значения на глубине d:

значение на границе сухого и взвешенного грунта (отметка +1.1000):

наибольшее значение, достигаемое на глубине d:

Ниже глубины d давление на стенку перестает расти и остается постоянным до низа стенки. Но при переходе границы грунтов с разными физическими свойствами эпюра имеет скачок:

Максимальные давления вычислены из предположения, если бы весь грунт был однородным (по ): в первом случае - песок, во втором - супесь. Таким образом, построен скачок в области границы грунтов.

2) Строится эпюра пассивного давления грунта, действующего от отметки дна.

Грунт основания обладает сцеплением При этом в пределах 1м от поверхности дна абсциссы дополнительного пассивного давления сцепления возрастают от 0 до постоянной величины, на которую увеличиваются все следующие абсциссы давления:

Для построения потребуется значения трех абсцисс пассивного давления:

на отметке -7.650:

;

на отметке -8.650:

где - коэффициент пассивного давления грунта;

- коэффициент, учитывающий трение грунта о материал шпунтовых свай, определяется в зависимости от угла внутреннего трения: для определен интерполяцией.

на отметке -12.900:

3) Эпюры активного и пассивного давления суммируются и в результате получаем эпюру давления грунта на шпунтовую стенку при рассмотрении I зоны.

4) Устанавливается влияние грунта, расположенного за первой экранирующей плоскостью.

Сопоставляем расстояния и . По рекомендациям при соотношении , расчет требуется только с учетом грунта, расположенного в первой зоне. Таким образом, построение эпюры давления, действующего на шпунт, окончено.

5) Полученная эпюра разбивается на отдельные элементы для построения силового многоугольника, после чего строится веревочная кривая.

7) Для завершения веревочной кривой проводится замыкающая, уравнивающая три абсциссы: в заделке ростверка, в пролете и в заделке в грунте.

Пересечение замыкающей с нижней частью веревочного многоугольника определит точку приложения равнодействующей обратного отпора и основную часть глубины забивки . По условиям решения эта же отметка ограничивает рассчитанную величину пассивных сил .На эпюре давлений лишние силы отбрасываются, соответствующие изменения внесены и в силовой многоугольник. Окончательная эпюра представлена на рисунке 8.

Значения равнодействующей обратного отпора и реакции анкера снимаются с силового многоугольника по средствам параллельного переноса замыкающей в полюсную точку:

; .

По величине определяется расстояние от низа стенки до точки приложения:

где ,

где - коэффициент, уменьшающий пассивное давление грунта, определяется в зависимости от угла внутреннего трения: для определен интерполяцией.

;

Полная глубина забивки шпунта ниже отметки дна:

Так как глубина забивки шпунта в основание не должна быть менее 3 м, окончательно принимаем глубину забивки:

8) Определяется изгибающий момент от давления грунта, которое воспринимается шпунтовой стенкой:

где - абсцисса веревочного многоугольника ();

- полюсное расстояние, измеренное в масштабе сил.

3. Подбор продольной арматуры шпунта лицевой стенки

Подбор армирования шпунта производится исходя из величины максимального изгибающего момента: .

Принимается:

класс бетона В25;

класс арматуры А-III, .

сечение железобетонного шпунта принимаем (bxh)0,50х0,30м.

1) Определяется рабочая высота сечения:

где ,

здесь - величина защитного слоя;

- предполагаемый диаметр арматуры.

2) Определяется коэффициент

где - расчетное сопротивление бетона осевому сжатию

По полученной величине из таблиц расчетных коэффициентов получаем значения

- плечо внутренней пары сил.

3) Определяется требуемая площадь арматуры

принимаем 4 Æ 34 A-III, .

4) Определяем процент армирования:

Процент армирования удовлетворяет требуемым нормам.

Арматура равномерно распределяется на обе стороны сечения, поскольку шпунтовая стенка воспринимает знакопеременный момент, то есть сжатая сторона при одном воздействии может оказаться растянутой при другом.

Поперечное сечение шпунта с продольной арматурой представлено на рисунке 8.

6. Статический расчет свайной набережной с жестким ростверком

Расчет набережных с жестким ростверком рекомендуется проводить по методу упругого центра. Жесткий ростверк можно считать абсолютно не деформируемым телом на упруго податливых опорах. Основная система получается путем закрепления ростверка связями, предотвращающими любые смещения системы. Расчетную схему набережной принимают с условным шарнирным закреплением свай к ростверку и в основании, включая шпунт, так как он несущий. Начало координат принимается на пересечении передней и нижней гранях ростверка. Схема набережной к статическому расчету представлена на рисунке 9.

1. Перед началом расчета следует определить допускаемую нагрузку на 1п.м несущего шпунта:

где коэффициент условий работы сваи в грунте;

расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа;

площадь опирания на грунт шпунта;

h = t =3,0 м - глубина погружения шпунта ниже отметки дна;

расчетное сопротивление грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, кПа;

Необходимые исходные данные для расчета сведены в таблицу 5.

2. Статический расчет набережной производят с учетом упругой осадки свай. Необходимо учитывать податливость опор путем введения в расчет коэффициента упругой податливости сваи К ’ – перемещение головы сваи под действием продольной силы Р=1.

Коэффициент упругой податливости отдельной сваи вычисляется с помощью формулы Н.А.Смородинского:

где - соответственно свободная длина и поперечное сечение сваи;

- модуль упругости железобетонных свай и шпунта;

- коэффициент для железобетонных свай;

- допускаемая нагрузка на сваю.

Коэффициент упругой податливости при расчетах на 1п.м длины сооружения следует определять с учетом упругой осадки свай:

где а, м – шаг свай.

При расчете пользуются коэффициент упругой осадки свай:

Вычисления сведены в таблицу 6.

Рассматриваемая система закрепляется в упругом центре. При закреплении системы в упругом центре линейными связями: вертикальной-1, горизонтальной – 2 и угловой – 3,канонические уравнения имеют вид:

где - неизвестные искомые перемещения ростверка по направлению связей 1,2 и 3;

- реакции в связях n от единичных перемещений по направлению связей m;

- реакции в связях от внешней нагрузки.

3. Вычисление реакций в связях от единичных перемещений ростверка производится по формулам:

где - коэффициент упругой осадки свай;

- угол отклонения сваи от вертикали;

- расстояние от начала координат до головы сваи;

- координаты упругого центра.

Для вычисления координат упругого центра необходимо определить вспомогательные величины:

Вычисление реакций в связях от единичных перемещений ростверка выполнено по представленным формулам в табличном виде (таблица 7).

4. Определение координат упругого центра:

Координаты упругого центра вычисляются по следующим формулам:

тогда с учетом вычисленных величин в таблице 7,получаем:

Расчетные схемы представлены на рисунке 10.

5. Реакции в связях от внешней нагрузки:

а) с учетом qo:

;

б) без учета qo:

;

6. Перемещение ростверка:

После подстановки всех членов в канонические уравнения и их преобразования определяются перемещения ростверка по следующим зависимостям:

а) с учетом qo:

;

б) без учета qo:

;

В результате усилие в свае находится по формуле:

Заключительные вычисления усилий в сваях сведены в таблицы 8,9.Необходимые величины для расчета определены ранее в таблице 7.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Штенцель В.К., Перевязкин Ю.А. Порты и портовые сооружения. Часть 2: рабочая программа и методические указания по курсу и курсовому проекту “Свайная набережная с высоким ростверком” - СПб.: СПГУВК, 2000. - 84 с.

2. Ляхницкий В.Е. Портовые гидротехнические сооружения. Часть 1: учебник для гидротехнической специальности ВУЗов водного транспорта – Ленинград: Ленинград, 1955. – 624с.

3. Смирнов Г.Н,Горюнов Б.Ф., Курлович Е.В. Порты и портовые сооружения – Москва: Стройиздат, 1979. – 607с.

Воспользуйтесь поиском по сайту: