Водных коммуникаций

ФЕДЕРАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ВОДНЫХ КОММУНИКАЦИЙ

Кафедра портов, строительного производства, оснований и фундаментов

СВАЙНАЯ НАБЕРЕЖНАЯ С ВЫСОКИМ РОСТВЕРКОМ

Курсовой проект

по дисциплине: Портовые гидротехнические сооружения

ВЫПОЛНИЛ: СТУДЕНТ ГРУППЫ ГТ-41 ПОДРЕШЕТНИКОВА А.В.

ПРОВЕРИЛ: СМИРНОВ В.Н.

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

Исходные данные

1.Место расположения сооружения – море.

2.Профиль причала – вертикальный.

3.Расчётные уровни воды:

· низкий (НРУ) - +0,60 м

· уровень 50% обеспеченности - +4,00 м

· высокий (ВРУ) - +6,00 м

4.Глубина у причала – 8,25м

5.Грунт основания – супесь (СП).

Характеристики грунта основания:

6.Грунт засыпки – песок средний.

Характеристики грунта засыпки:

7.Материал элементов сооружения:

· Ростверк – бетон ;

· Сваи – железобетон,

· Шпунт – железобетон.

8.Расчетная равномерно распределённая нагрузка на территории:

9. Водоизмещение расчетного судна 5000 т.

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= +0,60 м) откладывается глубину у причала (8,25м);

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= +0,60 м 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 ; предварительно глубина забивки принята равной 5,25м;

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 2,94м 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.

- 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, грунта:

а) без учета полезной нагрузки на причал:

;

б) с учетом полезной нагрузки на причал :

.

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 (нормальная составляющая к линии кордона швартового усилия, рис. 2) 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 снизу вверх в зависимости от глубины погружения. Для построения потребуется значения двух абсцисс активного давления:

на отметке +6.000:

;

на отметке +1.100:

.

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. Поскольку в основании супесь, обладающая сцеплением, эпюра активного давления будет уменьшаться на величину:

где - сцепление.

Абсциссы эпюры активного давления определяются по формуле:

без учета сцепления: ;

с учетом сцепления: ;

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

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. В данном расчете эпюра разбивается на 14 полосок, равной высоты (1м);

2.строится силовой многоугольник с произвольно назначенным полюсом;

3.производится построение веревочной кривой;

4.проводится замыкающая до пересечения с продолжением последнего луча веревочного многоугольника; замыкающую при защемлении шпунта в ростверк следует проводить, уравнивая три момента: на верхней опоре, в пролете и в консоли;

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 3,3’.

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.

В первом расчете получаем наибольшие усилия в растянутых сваях, а во втором – в сжатых.

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 4,5. Определение усилий в сваях производиться с помощью построения силового многоугольника (рис.4,5).

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 0,25х0,30.

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.

4. Определение глубины забивки свай

Предварительно для расчета выбираем железобетонные сваи с поперечным сечением 0,25х0,30.

Глубину погружения конца сваи и средняя глубина расположения i- ого слоя грунта, принимается от низа ростверка с отметкой +1.100.

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.