Описание условий проектирования
СОСТАВЛЕНИЕ ВАРИАНТОВ МОСТА
Разработка первого варианта моста
Описание района проектирования моста
1.Согласно заданию районом проектирования является п. Этыркен (Тында - Новый Ургал):
- температура самой холодной пятидневки: Р=0,98 – -41°С
Р=0,92 – -40°С
- средняя температура холодного периода – -18,7°С;
- средняя температура тёплого периода – 11,3°С;
- наличие вечно мерзлого грунта основания:
· мощность: от 50 до 300 м
· температура: от -1 до -3 °С
· вид ВМГ: сыпучемерзлый
· i>20%
- глубина сезонного оттаивания: 1,88м
- отверстие моста: 70,4м
- расчетная нагрузка: С14
- коэффициент общего размыва: 1,275
- профиль мостового перехода: 1
10. Толщина льда 1,5м
Обработка продольного профиля
Определение схемы моста
, (1.1)
где 
- требуемое количество пролетов;
- отверстие моста, 
, 
;
- пролет в свету, м:
, (1.2)
где 
- полная длина пролета, определяемая [7], м;
- ширина опоры, Bоп = 2,3 м.
Принимается lп = 16,5 м.
, 
.
Принимается количество пролетов равное 5.
Определение требуемого отверстия моста:
, 
< 8% – условие выполняется.
Вывод: к дальнейшему расчету принимаем пролетное строение 
со схемой проектируемого моста 
.
Определение отметок данного профиля
1. Отметка подошвы рельса:
(1.6)
где 
- свободное пространство под мостом [1], 1,5м;
- строительная высота пролетного строения [7], 1,9м.
.
2. Отметка низа конструкции:
(1.7)
98,4 – 1,90 = 69,5 м.
3. Отметка бортика:
(1.8)
4. Отметка бровки земляного полотна:
(1.9)
Определение расстояний между опорами
Расстояние между опорами определяется по следующей формуле:
(1.10)
где 
- температурный зазор между опорами, 5см.
16,5+0,05=16,55 м.
Данным расстоянием перекрывается самое глубокое место водотока, а далее равномерно в обе стороны.
Определение параметра линии размыва
(1.11)
(1.12)
где hр глубина воды после размыва, отчитываемая от отм. УВВ, м; hдр - глубина воды до размыва, отчитываемая от УВВ, м; кр – коэффициент общего размыва.
Таблица 1.1 Параметры линии общего размыва
| № точки профиля | hдр,м | Кр | hлр, м |
| 1,275 | 5,1 | ||
| 2,5 | 3,2 | ||
| 5,3 | 6,8 | ||
| 6,3 | 8,0 | ||
| 8,9 | |||
| 10,2 | |||
| 6,3 | 8,0 | ||
| 5,5 | 7,0 | ||
| 4,3 | 5,5 | ||
| 2,7 | 3,4 | ||
| 3,7 | 4,7 | ||
| 2,3 | 2,9 | ||
| 1,3 | 1,7 | ||
| 2,6 | |||
| 2,6 |
Разработка конструкций промежуточных опор
Описание условий проектирования
1. Наличие вечномерзлого грунта:
a) Мощность 300м
b) Вид грунта: песчаный
c) Температура грунта -3°С
2. Глубина оттаивания hот= 1,88м
3. Подстилающий грунт:
A. Наименование грунта: скала
a) hпг0=5,4м
b) hпг1=3,9м
c) hпг2=4,5м
d) hпг3=6,6м
e) hпг4=5,0м
f) hпг5=4,8
4. Транспортировки: Проектируемый мост расположен в п. Февральск, а индустриальная база расположена в г. Комсамольск-на-Амуре, расстояние между этими двумя пунктами более 200 км и поэтому транспортировка деталей моста осуществляется при помощи железнодорожного транспорта.
5. Исходя из технологических требований по производству работ, принимаем буровую установку ударно-канатного бурения КАТО PF1200-YSVII
| Способ бурения | Роторный и ударный |
| Диаметр бурения, мм | 1000-1700 |
| Наибольшая глубина бурения, м Ø1000-1500мм Ø1700мм | |
| Пределы температуры применения, °C | -40…+40 (хранение при -50…+40) |
| Скорость передвижения, км/ч | ~ 2 |
| Угол поворота платформы, ° | 110 в каждую сторону |
| Ширина гусеницы, мм |
Рисунок 1.1 – Буровая установка КАТО PF1200-YSVII с системой качания
1.1.5 Определение минимально требуемых размеров опоры
При проектировании промежуточных опор определяют минимально требуемые размеры исходя из геометрических показателей пролетных строений, опирающихся на опору (ln + lр), опорных частей аоч, bоч, опорных площадок с1, подферменной плиты с2, с3 (рис. 1).
| а) |
| б) |
Рисунок 1.2 - Схема опоры для определения минимальных размеров:
а – вид вдоль оси моста; б – вид поперек оси моста; Аоп, Воп – размеры опоры вдоль и поперек оси моста; К – расстояния между осями главных балок пролетного строения; аоч, bоч – размеры опорной части вдоль и поперек оси моста; с1 – расстояние между торцами опорной части и опорной части площадки, с1=0,2 м; с2 – расстояние между торцами опорной площадки и подферменной плиты, с2=0,3 м; с3 – поперечный размер подферменника от опорной площадки, с3=0,3 м;
Минимальный требуемый размер опоры вдоль оси моста Аоп, м,
определяется из выражения
, м (1.9)
где аоч – продольный размер опорной части.
Аоп = 16,5-15,8+0,05+0,4+2*0,2+2*0,3 = 2,15 м.
Минимально требуемый размер опоры поперек оси моста Воп, м,
определяется по формуле
, м (1.10)
где К – расстояние между осями главных балок пролетного строения, К = 1,8 м; bоч – поперечный размер опорной части.
Воп = 1,8+0,8+2*0,3+2*0,2 = 3,6 м.
Корректировка размеров по условиям расположения столбов
| б) |
| а) |
Рисунок 1.3 – Схема размещения свай в плите: а – до корректировки;
б – после корректировки.
А’оп =В’оп=0,25*2+0,8*2+1= 3,1 м. Так как Воп > В’оп, производим корректировку размеров (рис. 1.2).
Окончательно принимаем размеры: Аоп = 3,1 м; Воп = 3,6 м.
Расчетная схема русловой опоры представлена на рисунке 1.3.
1.1.6 Расчет по несущей способности грунта основания
Глубина заложения, диаметр опор и их количества окончательно определяется из условия:
, кН (1.11)
Где 
- несущая способность столба по грунту, кН; 
- расчетная сжимающая сила, действующая на сваив плоскости подошвы ростверка, которая определяется по следующему выражению:
, кН (1.12)
где 
- собственный вес пролетного строения, опирающегося на опору, кН; 
- собственный вес опоры выше обреза фундамента, кН; 
– временная нагрузка от подвижного состава, которая определяется по выражению:
, кН (1.13)
где: 
- площадь линии влияния 
, м2; – эквивалентная нагрузка, определяемая по СНиП 2.05.03-84 в зависимости от длины загружения линии влияния и положения её вершины .
|
|
| Л.вл. |
| a=0,55 |
| n |
| lр |
| lр |
| ео |
Рисунок 1.4 – Расчетная схема безростверковой опоры.
При этом: = 
, (1.14)
, м2 (1.15)
.
= 2*16,5+0,05 = 33,05 м.
При =33,05 м, =0,5 и К=14 эквивалентная нагрузка 
кН/м.
.
.
.
Определяем несущую способность столба по грунту:
| dсв, м | Глубина заложения, м | Несущая способность сваи, кН*10 | dсв, м | Глубина заложения, м | Несущая способность сваи, кН*10 | |
| 0,35 | 1,6 | |||||
| 6,2 | 6,2 | |||||
| dсв, м | Несущая способность сваи, кН*10 |
| 0,35 | |
| 0,8 | 121,32 |
| 1,6 |
кН.
Условие выполняется, поэтому окончательно принимаем диаметр столбов равный 0,8 м и глубину заложения столбов 6,2 м.
1.1.7 Разработка промежуточной опоры пойменной части
Расчет по несущей способности вечномерзлых грунтов
Расчет несущей способности основания 
столбчатой опоры производят с учетом условия
, (1.16)
где F – расчетная вертикальная нагрузка на столб и оболочку; - несущая способность столбов; 
- коэффициент надежности по назначению сооружения, принимаемый для основания опор мостов по СНиП 2.05.03-84, 
=1,4.
, (1.17)
где 
- температурный коэффициент, учитывающий изменение температуры грунтов основания в период строительства и эксплуатации сооружения, определяемый по СНиП 2.02.04-88, = 1; 
- коэффициент условий работы основания, принимаемый по СНиП 2.02.04-88, = 1; R – расчетное сопротивление мерзлого грунта под подошвой столбчатой опоры, определяемое согласно СНиП2.02.04-88; А – площадь поперечного сечения подошвы столбчатой опоры; 
- расчетное сопротивление мерзлого грунта сдвигу по боковой поверхности смерзания фундамента в пределах i-го слоя грунта, определяемой по СНиП2.02.04-88; 
- площадь поверхности смерзания грунта с нижней ступенью столба; n – число выделенных при расчете слоев вечномер-злого грунта.
Для первого слоя вечномерзлого грунта – песка = 260 
, = 8,44 м2 при температуре вечномерзлого грунта (- 3 С).
Для второго слоя вечномерзлого грунта – скала = 280 , = 1,3 м2 , А = 0,5м2, R = 1950 при температуре вечномерзлого грунта (- 3 С)
Тогда 
F = Nd = 4607,73 кН.
,
Условие выполняется.
Окончательно принимаем глубину заложения 5,16 м.
1.1.8 Экономическая оценка рациональности используемой конструкции
Таблица 1.2 – Ведомость строительно-монтажных работ
| Наименование строительно-монтажных работ | Единица измерения | Единичная стоимость, руб. | Объём, м3 | Общая стоимость, руб. |
| 1. Промежуточная опора (расчетная русловая опора) | ||||
| 1.1 Монолитная плита-насадка | м3 | 83,0 | 15,89 | 1318,87 |
| 1.2 Изготовление буроопускных столбов d=0,8 м | м3 | 348,0 | 26,14 | 9096,72 |
| 1.3 Погружение буроопускных столбов d=0,8 м с земли | 1 пог. м бурения | 352,0 | 26,44 | 9306,88 |
| 1.4 Разбуривание скальных грунтов | 1 пог. м бурения | 628,0 | 5,92 | 3717,76 |
| 23440,23 | ||||
| 2. Пролетное строение | м3 | 500,0 | 36,39 | 18195,00 |
Оптимальной по стоимости считается такая схема моста, при которой отношение стоимостей пролетного строения и промежуточной опоры находится в пределах 1,2 – 1,5.
(1.18)
Условие проверки выполняется.
1.1.9 Разработка береговой опоры
Анализ высоты насыпи
, м (1.19)
.
Так как высота насыпи менее 6 м принимаем уклон i = 1:1,5.
, м (1.20)
, м (1.21)
, м (1.22)
Увеличиваем ширину устоя до 3,5 м, путем изменения расстояния между осями столбов.
Разработка второго варианта моста
Учитывая данные показатели во втором варианте принимаю более облегченную конструкцию опор. Схема моста 5х15,8.
1.2.1 Условия проектирования
1) Подстилающий грунт – диориты (hпг0=4,8 м; hпг1=5,6 м; hпг2=5,1 м; hпг3=5 м; hпг4=4,8 м);;
2) наличие вечномерзлого грунта основания – зона сплошного распространения с температурами tвмо = от -1 до -3С и мощностью от 50 до 300 м;
3) глубина сезонного оттаивания (промерзания) грунта основания – 1,3 м;
4) бурильная установка КАТО PF1200-YSVII;
6. 5) дальность перевозки Lпер > 200 км – транспортировка деталей моста осуществляется при помощи железнодорожного транспорта, так как индустриальная база располагается в городе Комсамольск-на-Амуре.
Данные условия позволяют принять к дальнейшей разработке опоры безростверкового типа на сваях оболочках.
1.2.2 Определение геометрических параметров промежуточной опоры
Минимальный требуемый размер опоры вдоль оси моста Аоп = 2,15 м, Воп = 3,6 м (смотри пункт 1.5).
Рисунок 2.1 – Схема для определения геометрических
параметров опоры.
А’оп = 0,3*2+1,6=2,2 м, В’оп = 0,25*2+1,6*2+1=4,7 м
1.2.3 Проверка по несущей способности грунта основания
.
= 2*16,5+0,05 = 33,05 м.
При =33,05 м, =0,5 и К=14 эквивалентная нагрузка кН/м.
.
.
.
Определяем несущую способность столба по грунту:
кН.
Условие не выполняется, следует увеличить глубину заложения до 6,51 м. Тогда
кН.
1.2.4 Разработка промежуточной опоры пойменной части
Расчет производится по формулам 1.16, 1.17.
Для первого слоя вечномерзлого грунта – песка = 260 , = 16,89 м2 при температуре вечномерзлого грунта (- 3 С).
Для второго слоя вечномерзлого грунта – диориты = 280 , = 2,5 м2 , А = 2 м2, R = 1950 при температуре вечномерзлого грунта (- 3 С)
Тогда 
F = Nd = 4607,73 кН.
,
Условие выполняется.
Окончательно принимаем глубину заложения 5,16 м.
1.2.5 Экономическая оценка рациональности используемой конструкции
Таблица 1.3 – Ведомость строительно-монтажных работ
| Наименование строительно-монтажных работ | Единица измерения | Единичная стоимость, руб. | Объём, м3 | Общая стоимость, руб. |
| 1. Промежуточная опора (расчетная русловая опора) | ||||
| 1.1 Монолитная плита-насадка | м3 | 83,0 | 14,07 | 1167,81 |
| 1.2 Изготовление свай оболочек d=1,6 м | м3 | 348,0 | 7,55 | 2627,40 |
| 1.3 Погружение оболочек d=1,6 м с земли | 1 пог. м бурения | 352,0 | 13,22 | 4653,44 |
| 1.4 Разбуривание скальных грунтов | 1 пог. м бурения | 628,0 | 2,96 | 1858,88 |
| 1.5 Заполнение оболочек бетоном методом ВПТ | м3 | 39,0 | 3,37 | 131,43 |
| 1.6 Заполнение оболочек бетоном насухо | м3 | 64,0 | 22,43 | 1435,52 |
| 11874,48 | ||||
| 2. Пролетное строение | м3 | 500,0 | 36,39 | 18195,00 |
Оптимальной по стоимости считается такая схема моста, при которой отношение стоимостей пролетного строения и промежуточной опоры находится в пределах 1,2 – 1,5.
Условие проверки не выполняется.
1.2.6 Технико-экономическое сравнение вариантов моста
Таблица 1.4 – Ведомость строительной стоимости моста
| № варианта | Полная длина | Схема моста | Строительная стоимость | Приведенная стоимость | Объем сборного железобетона | Объём монолитного железобетона | Коэффициент индустриали-зации |
| 89,8 | 5х15,8 | 321976,40 | 3585,48 | 320,05 | 63,56 | 0,43 | |
| 91,2 | 5х15,8 | 310410,15 | 3403,62 | 248,36 | 184,83 | 0,36 |