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.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. 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
10	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 W	Влажность на границе раскатывания WP	Влажность на границе текучести  WL	Модуль деформации E, МПа	Угол внутреннего трения jI, град	Удельное сцепление сI,  кПа
2	1 2 3	Суглинок Суглинок Глина	2,71 2,71 2,75	0,28 0,24 0,30	0,22 0,20 0,26	0,37 0,36 0,44	5 7,5 18	21 28 16	10 15 36

 

 

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТА.

 

 

1. . 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.

 

 

2. . 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
64	201	195	1,48	72	100	200	16	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).