Расчет основания и фундамента быка водоподъемной плотины разрезной конструкции

    Федеральное государственное образовательное  учреждение высшего профессионального  образования

    «Приморская государственная сельскохозяйственная академия»

    Институт  земледелия и природообустройства 
 
 

    Кафедра водоснабжения 

    и водоотведения  
 

    Курсовая  работа

      «Расчет основания  и фундамента быка водоподъемной плотины разрезной конструкции» 
 
 
 
 

    Выполнил: студент 

    Проверила: 
 
 
 
 
 
 
 

    Уссурийск  2011 
 

    Содержание

1. Установление исходных данных.
1. Общие сведения о пусковой конструкции
2. Физико-механические характеристики грунтов стройплощадки
3. Определение расчетных нагрузок и давлений в подошве фундамента для первого периода работы сооружения
4. Определение  расчетных  нагрузок и давлений  в подошве фундамента  для второго периода работы сооружения
5. Определение расчетных нагрузок и давлений в подошве фундамента для третьего периода работы сооружения
2. Расчет основания быка по деформациям
1. Общие положения
2. Определение расчетного сопротивления  грунта
3. Определение средней осадки быка
1. Построение эпюры дополнительного давления
2. Установление нижнее границы сжимаемой толщи (НГСТ)
3. Свайный фундамент из забивных свай
1. Основные указания по расчету
2. Определение нагрузки, передаваемой сооружением непосредственно на сваи
3. Определение вида и размеров сваи
4. Расчет несущей способности  сваи
5. Построение интегральной кривой давления
6. Расчет осадки свайного фундамента
4. Литература

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
    

1. Установление  исходных данных
1. Общие сведения о пусковой конструкции

                 Согласно задания необходимо  разработать учебный проект  основания  и фундамента быка водоподъемной  плотины разрезной конструкции,  рассмотрев  при этом варианты: обычного фундамента ,проверка напряжений  по подошве фундамента быка  и определение его  осадки, свайного фундамента (без расчета  осадки) и вариант фундамента  на опускных колодцах.

         Одним из главных элементов  водоподъемной  плотины разрезной  конструкции являются  устои или  быки (береговые и промежуточные  ), представляющие собой массивные  бетонные сооружения.

                 Промежуточные быки делят   отверстие плотины на пролеты  и конструкция  их зависит  от типа затворов, способа их  подъема , наличия и размеров  служебного и проезжего мостов, грунтовых условий и т.д.

                  Быки располагаются друг от  друга на некотором расстоянии, которое определяется напором  и конструкцией затворов , перекрывающих  пролеты плотины между быками . Пролеты  перекрываются обычно  плоскими или сегментными затворами.  Высота быков должна быть рассчитана  так, чтобы она позволила поднять  затвор (нижнюю его кромку) на 0,5….0,7 м выше уровня воды, имеющего  место при  процессе максимального  расчетного расхода через плотину.

                Длина быка чаще всего назначается  равной длине водобоя. Толщина  быка принимается в зависимости  от его высоты, расстояние  между  быками, конструкцией опорных частей  затворов и для бетонных быков  колеблется в пределах от 1,2 до  3,0 метров.

            Очертание  надземной части  быков должно обеспечивать плавный  выход в отверстие плотины  с минимальным сжатием потока .

             Для размещения опорных частей  или шандоров в боковых гранях  быков устраиваются пазы. Верхние  пазы делаются для установки  временных затворов с целью  ограждения рабочих затворов  со стороны верхнего бьефа  и проведения аварийных или  ремонтных работ. Такие же пазы  устраивают и для основных  рабочих затворов. Иногда в конце  быка делается третий ряд пазов  для ограждения рабочего затвора  и водобоя от воды  нижнего  бьефа. Размеры пазов зависят  от принятой конструкции затворов. Минимальная толщина бетонных  быков в сечении между пазами  устанавливается .

             Нижняя часть быка на уровне  верхней поверхности плиты водослива  обычно имеет уширение в виде  заплечиков. При слабых грунтах  основания под быками устраивается искусственное основание: свайное, опускные колодцы, кессоны.

               Расчет сооружения в курсовом  проекте производится по первому  основному сочетанию нагрузок ,составляемых  из постоянных и временных  длительных и одной из возможных   кратковременных нагрузок . В целях  некоторого упрощения расчетов  при  разработке курсовой работы  кратковременные нагрузки можно  не учитывать. В тоже время,  для более полного анализа  условий работы, основания  проектируемого  сооружения при определении расчетных  нагрузок и давлений в подошве   фундамента , рассматриваются три  возможных периода работы сооружения:

               Первый период - строительный, когда  сооружение полностью закончено,  находится за перемычками и  не воспринимает длительные, временные  нагрузки. Основной нагрузкой в  этот период является собственный  вес быка и опирающихся на  него проезжего и служебного  мостов.    

              Второй период - пусковой, когда перемычки  сняты и сооружение  воспринимает  одну из основных длительных  временных нагрузок – гидрометрическое  давление воды. При этом собственный  вес  сооружения ,определенный  для первого периода , уменьшается  из-за взвешивающего действия  воды (закон Архимеда).

              Третий период – эксплуатационный, когда сооружение воспринимает  дополнительно  вторую нагрузку  от фильтрационного давления.  

    1.2. Физико-механические характеристики грунтов стройплощадки.

    Необходимо  определить показатели  физических характеристик грунтов и после  этого установить их тип, вид и  разновидность  в соответствии  с ГОСТ 25100-82 ‘Грунты. Классификация  ‘    

       Показатели физических характеристик  необходимые в дальнейшем  для  назначения целого ряда показателей  механических свойств по таблицам  соответствующих  Строительных  Норм и Правил. Основными показателями , определяемыми путем непосредственных  замеров по образцам грунтов  природной структуры и влажности  являются:

                        - влажность весовая W ,%;

                        - плотность ρ г/см³;

                        - плотность минеральной составляющей  грунта ρs , г/см³.

       

        По полученным значениям основных  показателей вычисляются остальные  показатели физических свойств:

• плотность сухого грунта природного сложения (скелета грунта)

                                   ,

      где выражается в долях единицы;

• часть  объема, занимаемая твердыми частицами:

                                     ,

       в долях единицы  или процентах  ;

• пористость     

          в долях единицы или процентах;

• коэффициент пористости

 

    с точностью до тысячного знака;

• степень водонасыщенности грунта природного состояния

                                   

      где  в долях единицы, – плотность воды.

         Вышеприведенные показатели физических характеристик в равной мере относятся к несвязным (крупнообломочным и песчаным) и к связным (пылеватым и глинистым) грунтам.

         Между тем, пылеватые и глинистые  грунты имеют ряд показателей  , присущих только им:

• характерные влажности и ;
• число пластичности ;
• показатель консистенции (иногда его называют показатель текучести).

          Крупнообломочные и песчаные  грунты характеризуются гранулометрическим  составом, плотностью (коэффициентом  пористости е) и степенью водонасыщенности.

            По степени влажности  среди крупнообломочных и песчаных грунтов выделяются разновидности:

• маловлажные ;
• влажные ;
• насыщенные водой .

       Для пылеватых и глинистых  грунтов после установления их  генезиса (элювиальные, пролювиальные,  делювиальные, аллювиальные и т.п.), определение по данным задания  характерных влажностей (влажности  на границе раскатывания  и влажности на границе текучести ) вычисляется число пластичности:

     

    По  наличию включений пылеватые  и глинистые грунты  выделяются по видам:

1. Супесь, суглинок или глина с галькой (щебнем) либо с гравием (дресвой), если содержание по массе соответствующих частицам крупнее 2 мм составляет 15-20%.
2. Супесь, суглинок или глина галечниковые (щебенистые) либо гравелистые (дресвяные), если содержание по массе соответствующих частиц крупнее 2 мм более 25% до 50% .

      Установление вида пылеватых  и глинистых грунтов  необходимо  произвести на основе данных  гранулометрического  анализа.

    Показатель  текучести  устанавливается на основе данных в задании по формуле: 

        Наименование пылеватых и глинистых  грунтов на инженерно- геологических  разрезах, должно производится в  соответствии с установленными  типом, видом и разновидностью.

          После определения всех показателей  физических свойств, типа, вида  и разновидности грунта, необходимо  установить показатели механических  свойств. Эти показатели могут  быть установлены по таблицам  Строительных Норм и Правил  в зависимости от величины  главных определяющих физических  показателей (коэффициент пористости, консистенция и т.п.)

    Все данные по разделу 1 сводятся в таблицу 1. 
 
 

 

    

    Таблица 1

Физико  – механические свойства грунтов

№ пласта	Типы  и виды , разновидности грунтов	Мощность , м	Отметка кровли пластов	Природный коэффициент ппористости е	Природная влажность W %	Глинистые грунты						Песчаные  грунты			Нормативные		Модуль  деформации Е, МПа	Плотность , т/м3	Расчетное сопротивление грунта R. МПа	Норм.глубина  промерзания H	Безразм.коэфф.для  расчета			Расчетное сопротивление грунта R по СНиП
						Влажность на границе  раскатывания , %	Влажность на границе  текучести	Число пластичности %	Разн-ти гл. грунтов  по	Пок-ль консистенции	На-е глинистых грунтов по	Степень влажности	Состояние степени  влажности	Плотность по e	Удельное сцепление  С	Угол внутреннего  трения
1	Глинистый	4,9	77,4	0,95	30,8	24,1	31,7	7,6	Суглинки	0,88	Текуче-пластичн	-	-	-	0,014	17	10	1,8	0,1
2	Песок ср.крупности	13	64,4	0,59	5	-	-	-	-	-	-	2,2	Насыщ.водой	Ср.пл-ти	0,002	38	40	1,72	0,4
3	Глинистый	11,5	52,9	0,54	17,5	15,5	27,2	11,7	Суглинки	0,17	полутвердые	-	-	-	0,081	21	27	2,1	0,3