Расчет и конструирование фундаментов под промежуточную опору моста

                           

Таблица 4

Условное сопротивление R0 для песчаных грунтов

Песчаные грунты и их влажность	Условное сопротивление R0 песчаных грунтов средней плотности, МПа
Гравелистые и крупные любой влажности	0,35
Средней крупности маловлажные	0,30
То же, влажные и водонасыщенные	0,25
Мелкие маловлажные	0,20
То же, влажные и водонасыщенные	0,15
Пылеватые маловлажные	0,20
То же, влажные	0,15
Тоже, водонасыщенные	0,10

 

1.3 Определение расчетных показателей грунтов

 

Показатели состава и состояния грунтов непрерывно изменяются от точки к точке даже в пределах строго выделенного инженерно-геологического горизонта. Однако для выполнения расчетов оснований необходимо располагать некоторыми определенными величинами, которые с необходимой достоверностью отражают физико-механические свойства грунтов. В связи с этим введено понятие о нормативных и расчетных величинах различных показателей грунтов. Нормативные и расчетные значения показателей характеристик грунтов вычисляют на основе статистической обработки результатов непосредственных испытаний по стандартной методике (ГОСТ 20522-96). 

Нормативное - назначение Хn данной характеристики определяется как среднеарифметическое значение частных непосредственных определений по формуле:

                                                 (1.3.1)

           где Xi;—частное значение определяемой характеристики; n — количество определений.  В таблице 1 даны нормативные значения характеристик грунтов γs; γ; W; WL; WP; c; φ; E определенные как средние значения по результатам 12 частных определений. Согласно СНиП все расчеты оснований должны выполняться с использованием расчетных значений характеристик грунтов X, определяемых по формуле:

 

X=Xn/γg                                                        (1.3.2)

 

где γg - коэффициент надежности по грунту.

Для большинства характеристик допускается принимать γg=1, за исключением параметров с и φ, а так же удельного веса грунта у для которых коэффициент надежности по грунту определяется по формуле:

 

                                                      (1.3.3)

 

         Показатель надежности  ρ берется с таким знаком , чтобы при расчете  основания и фундамента была обеспечена большая надежность ( расчет «в запас»). При вычислении значений с и φ всегда, а расчетных значений γ в большинстве случаев ( в том числе и при расчете данного курсового проекта), показатель надежности принимается со знаком «минус». Значение его определяются по формулам:

Для γ:                                                                                     (1.2.4)

Для с и φ :                                                                                       (1.2.5)

 

     где V – коэффициент вариации (относительная изменчивость характеристики) ;  n – число частных определений (количество опытных данных) ; tα – коэффициент, определяемый в зависимости от величины доверительной вероятности α и числа степеней свободы ; которые (n-1) для γ и (n- 2) для с, φ.

    Доверительная  вероятность, согласно нормам [8] при  расчетах оснований фундаментов  мостов и труб под насыпями  принимается α = 0,98 для расчетов по первой группе (прочности» и несущей способности) предельных состояний и α = 0,90 для расчетов по второй группе предельных состояний (по деформациям).

    Для условий, принятых в курсовой работе, исходя из того, что число частных определений характеристик коэффициент п = 12, а коэффициент вариации на основе статистической обработки результатов опытов получен:

V = 0,080, следует:

а) для расчета по I предельному состоянию (α=0.95)

при определение γ: tα=1.80; ;

 

;

 

         при определении с и φ: ta = 1.81; р = 1.81·0.08 = 0.145;

;

б) для расчета по II предельному состоянию (а = 0,85)

 

при определение γ: tα=1.095;           ;

 

                                        ;

 

         при определении с и φ: ta = 1.10;    р = 1.10·0.08 = 0.088;

;

        Таким образом, для определения расчетных значений характеристик, для каждого грунта и для конкретного варианта грунтовых условий необходимо нормативное значения характеристик φ, с и γ разделить на соответствующий коэффициент надежности по грунту.

           Расчетные значения характеристик  по первому предельному состоянию  маркируются индексом «I» , а по второму – «II»

; ; ; ; ;

2 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТА  МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ НА ЕСТЕСТВЕННОМ  ОСНОВАНИИ

 

2.1 Определение глубины  заложения подошвы фундамента

 

Глубину заложения фундаментов следует определять с учетом:

   - назначения и  конструктивных особенностей проектируемого  сооружения;

   - величины и характеристики  нагрузок, воздействующих на основание;

   - инженерно-геологических  условий площадки строительства;

   - гидрогеологических  условий площадки и возможных  их изменений в процессе строительства  и эксплуатации сооружений;

   - глубины сезонного промерзания грунтов.

   Определим нормативную  глубину промерзания, если она  менее 2,5 м по формуле:

 

,                                                     (2.1.1)

 

где d0 – глубина промерзания суглинков и глин - 23 см

 

 

 

      Мτ – коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе – 53.

 

                                          

 

     При строительстве на суходоле минимальная глубина заложения подошвы фундамента определяется по формуле:

 

dmin=df+0,25 м                                               (2.1.2)

 

dmin=1,68+0,25=1,93 м

 

2.2 Определение площади  подошвы и размеров уступов  фундамента

 

   Размеры обреза  фундамента в плане принимают  больше размеров надфундаментной части опоры на величину обреза с = 0.15 ÷ 0.30 м в каждую сторону для компенсации возможных отклонений положения и размеров фундамента при разбивке и производстве работ.

   Минимальная площадь  подошвы фундамента определяется  по формуле:

 

                                        (2.2.1)

 

где b0 и l0 – ширина и длина надфундаментной части опоры в плоскости обреза фундамента (b0=2,6 м; l0=9,8 м).

  

Минимальные размеры:

bmin=2,6+2с=2,6+2*0,2=3,0 м

lmin=9,8+2с=9,8+2*0,2=10,2 м

Аmin=3,0*10,2=30,6 м

  

Максимальную площадь подошвы фундамента при заданной его высоте hф определяют исходя из нормированного условия обеспечения жесткости фундамента.

hф= 6,0 м

 

 Максимальные размеры:

bmax=b0+1,16hф=2,6+1,16*6,0=9,56 м

lmax=l0+1,16hф=9,8+1,16*6,0=16,76 м

Аmax=9,56 *16,76 =160,22 м

 

2.3 Определение расчетного сопротивления грунта под подошвой фундамента

 

   Расчетное сопротивление  нескального грунта под подошвой  фундамента определяют по формуле:

 

                          (2.3.1)

 

где R0 – условное сопротивление грунта, МПа;

       b – ширина  подошвы фундамента, м;

       d – глубина  заложения фундамента, м, принимается  не менее 3 м от поверхности грунта;

       γ1m – осредненное по слоям расчетное значение удельного веса грунта, расположенного выше подошвы фундамента, вычисленное без учета взвешивающего действия воды, допускается принимать γ1m=0,02мН/м ;

       k1, k2 – коэффициенты (для песка крупного k1=0,08 м , k2=2,5). (Приложение 4)

 

Rmin=1,7{0,15[1+0,08*(3-2)]+2,5*0,02(6,25-3)}=0,9 Мпа

 

   Для окончательного  определения размеров подошвы  фундамента необходимо выполнить  ряд дополнительных условий:

                                   (2.3.2)

                                   (2.3.3) 

где N’p1 – расчетная вертикальная сила по обрезу фундамента (без учета веса фундамента и грунта на его уступах), мН;

       R – расчетное  сопротивление грунта основания, МПа;

       γср – средний удельный вес кладки фундамента грунта на его уступах, принять 0,02 мН/м ;

       γf – коэффициент надежности временной подвижной нагрузки;

       η –  коэффициент, приближенно учитывающий  действие момента, η=1,2;

 

 м2

 

Так как Атр<Amin=30,6 м2 , то за конечный результат принимаем площадь фундамента:

 А=30,6 м2; b=3 м, l=10,2 м, d=6,25 м, hф=6,0 м

 

2.3.1 Проверка напряжений под подошвой фундамента

 

   Расчет необходим  для определения средних (Рm), максимальных (Pmax) и минимальных (Pmin) напряжений (давлений) на основание по подошве фундамента и сравнения их с расчетным сопротивлением грунта.

Pm≤R;   Pmin≥0

 

1)

           (2.3.1.1)

 

 

 

- условие выполнено

Pm =	N1	≤	R
	A		γn

                            (2.3.1.2)

 

Pmax =	N1	+	Mu	≤	γс R
	A		W		γп

(2.3.1.3)

 
                              

2)                                    (2.3.1.4)

 

  

МН        

 

Pmax =	1,29 МПа	≥	γс R	=	0,77
			γп

 

Т.к. условие не выполняется, берем:

А=51 м

b=51/10,2=5 м

l м

 

 МН

 

=0,357 ≤ 0,64 - условие выполнено

 

 

Pmax=0,622 ≤ 0,768 – условие выполнено

 

        Pmin=Pm-0,233=0,357-0,233=0,124≥0 – условие выполнено

 

Так как все условия выполняются, в расчет берем следующие величины:

А=51 м2; b=5 м, l=10,2 м, d=6,25 м, hф=6,0 м

 

2.3.2 Расчет на устойчивость положения фундамента

 

   Расчет на устойчивость  фундамента обычно производят  для устоев мостов и в случаях, когда равнодействующая сил по  подошве фундамента выходит за  пределы ядра сечения.

   Расчет на устойчивость  против опрокидывания производят  по формуле:

,                                              (2.3.2.1)

 

где Мu – определяется по формуле:

 

мН*м

 

       Мz – предельный удерживающий момент, определяется по формуле:

 

,                             (2.3.2.2)

 

где 0,9 – коэффициент перегрузки, уменьшающий воздействие сопротивляющихся опрокидыванию сил;

 

 мН*м

 

   Расчет на устойчивость  против сдвига производится по  формуле:

 

,                                         (2.3.2.3)

 

где γс – коэффициент условий работы; для фундаментов на нескальных основаниях принимаем – 0,8;

        γn =1 – коэффициент надежности по назначению сооружения.

        Qτ – расчетная сдвигающая сила:

 

Qτ=1,1T=1,1*0,66=0,73 МН

 

        Qz – предельная удерживающая сила:

 

Qz=μ[0,9(P0+Pn+γf*Pk+A*hф*γср)]=0,4[0,9*(5,60+1,49+1,13*6,60+51*6,0*0,02)]=7,44 МН

 

где μ – коэффициент трения, принимаем равным – 0,40 для песков.

0,098 ≤ 0,8 – устойчивость фундамента на сдвиг обеспечена.

 

2.3.3 Расчет осадки фундамента на естественном основании

 

Метод послойного суммирования рекомендуется СНиПом для расчета осадок фундаментов. Величина осадки фундамента определяется по формуле: