Расчет и конструирование фундаментов под промежуточную опору моста

 

                                                (2.3.3.1)

 

где b - безразмерный коэффициент, равный 0,8;

szpi -среднее вертикальное (дополнительное) напряжение в i - м слое грунта;

hi и Ei -соответственно толщина и модуль деформации i -го слоя грунта;

n - число слоев, на которое разбита сжимаемая толща основания.

            Техника расчета:

1.Сжимаемую толщу грунта, расположенную ниже подошвы фундамента, разбивают на элементарные слои  толщиной  , где b -ширина подошвы фундамента. Границы элементарных слоев должны совпадать с границами слоев грунтов и уровнем подземных вод. Глубина разбивки должна быть примерно равна 3b.

2. Определяют значения  вертикальных напряжений от собственного  веса грунта на уровне подошвы  фундамента и на границе каждого  подслоя

 

                                             (2.3.3.2)

 

где szgo- вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента;

szgo = dg/ ;

gIIi -удельный вес грунта i -го слоя;

hi - толщина i -го слоя грунта.

g/ - среднее значение удельного веса грунта выше подошвы фундамента.

Удельный вес грунтов, залегающих ниже уровня грунтовых вод или ниже воды в реке, но выше водоупора, следует определять с учетом взвешивающего действия воды. В водоупоре напряжение от собственного веса грунта в любом горизонтальном сечении определяют без учета взвешивающего действия воды. Водоупором принимают слой суглинка или глины с IL£0,25.

По результатам расчета строят эпюру вертикальных напряжений от собственного веса грунта szg.

3. Определяют дополнительное (к природному) вертикальное напряжение  в грунте под подошвой фундамента  по формуле:

 

                                           (2.3.3.3)

 

Среднее давление на грунт от нормативных постоянных нагрузок

 

                                                    (2.3.3.4)

 

NII=P0+Pп+Рf+Рg+Рw                                         (2.3.3.5)

 

Значения ординат эпюры распределения дополнительных вертикальных напряжений в грунте вычисляются по формуле:

 

                                                (2.3.3.6)

 

где: a -коэффициент, принимаемый по таблице приложения в зависимости от формы подошвы фундамента, соотношения сторон прямоугольного фундамента и относительной глубины, равной .

Вычисления szg и szp для любых горизонтальных сечений ведем по табличной форме. По полученным данным szg и szp строим эпюры.

 

4. Определяют нижнюю границу  сжимаемой толщи (В.С.). Она находится  на горизонтальной плоскости, где  соблюдается условие:

 

 

Если найдена нижняя граница сжимаемой толщи находится в слое грунта с модулем деформации Е < 5,0МПа или такой слой залегает непосредственно ниже В.С., то нижнюю границу определяют из условия

 

 

5. Определяют осадку каждого  слоя основания по формуле

 

S= b × s zpi cp × hi / Ei                              (2.3.3.7)

 

где b = 0,8- безразмерный коэффициент для всех видов грунтов;

s zpi cp - среднее дополнительное вертикальное напряжение в i – м слое грунта, равное полусумме напряжений на верхней и нижней границах слоя, толщиной hi.

Осадка основания фундамента получается суммированием величины осадки каждого слоя в пределах Нс. Она не должна превышать предельно допустимой осадки сооружения данного типа, определяемой по формуле

 

                                        (2.3.3.8)

 

где Su – предельно допустимая осадка, м;

lр – длина меньшего примыкающего к опоре пролета, м.

Затем следует выполнить проверку условия S £ Su

 

 

S=1,3 £ Su=9,95

 

Осадка основания фундамента меньше предельно допустимой осадки, следовательно условие выполнено.

В случае невыполнения условия необходимо изменить размеры фундамента в плане или глубину его заложения.

 

2.3.4 Расчет крена фундамента  и горизонтального смещения верха  опоры

 

Крен прямоугольного фундамента вдоль его поперечной оси определяют по формуле

 

                                     (2.3.4.1)

 

где, v – коэффициент Пуассона, принимаемый равным для крупнообломочных грунтов – 0,27; для песков и супесей – 0,30; для суглинков – 0,35 и глин – 0,42;

ЕII - модуль деформации грунта, основания;

МII - опрокидывающий момент от нормативных нагрузок;

b - ширина подошвы фундамента;

Кm - коэффициент принимаемый равным 1;

ke - коэффициент принимаемый по таблице приложение 2, а в курсовой работе в зависимости от отношения сторон подошвы фундамента по следующей форме:

Соотношение сторон

Подошвы фундамента l/b……1,0    1,4    1,8    2,4    3,2    5,0

Коэффициент ke ………0,50  0,39  0,33  0,25  0,19  0,12

Для промежуточных значений l/b коэффициент ke определяется по интерполяции.

Горизонтальное смещение верха опоры

 

Sr =i0×h/0,                                                     (2.3.4.2)

 

Где h/0 – расстояние от подошвы фундамента до верха опоры, см (в проекте  h/0 = h0 + hф +110 см).

Полученное смещение (в см) не должно превышать предельной величины

 

                                                (2.3.4.3)

 

где lр – длина меньшего примыкающего к опоре пролета, м, принимаемая в курсовой работе как указано выше.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 ПРОЕКТИРОВАНИЕ СВАЙНОГО  ФУНДАМЕНТА

 

3.1 Определение глубины  заложения и предварительное  назначение размеров ростверка

 

На суходоле и в водотоке при глубине воды менее 3 м следует проектировать свайные фундамент с низким ростверком. Плита, объединяющая группу свай в единую конструкцию, называется ростверком. Обрез низкого ростверка располагается так же, как обрез фундамента мелкого заложения на естественном основании.

Подошва низкого ростверка располагается:

а) в непучинистых грунтах – на любом уровне;

б) в пучинистых – на глубине не менее df n + 0,25 м;

в) в русле реки – ниже линии местного размыва.

Минимальная толщина ростверка hр = 1,2-1,5 м. Допускается заделка свай в ростверк не менее 0,15 м при условии остальной заделки выпуском продольной арматуры (длина заделки должна быть не менее 30 диаметров арматуры при арматуре периодического профиля и не менее 40 диаметров при арматуре гладкого профиля. Диаметр продольной арматуры квадратных свай от 12 до 32 мм). В курсовой работе допускается заделка свай в ростверк на 2 диаметра (стороны сваи).

Размеры ростверка по верху определяются размерами надфундаментной конструкции (нормы уширения ростверка по обрезу «С» такие же, как для фундамента на естественном основании); по низу - площадью для размещения свай. При необходимости развития подошвы ростверка (по сравнению с площадью по обрезу) оно осуществляется уступами высотой hу = 0,7-2,0 м и шириной не более 0,5hу. В данных методических указаниях рассматривается ход проектирования и расчета применительно к низкому ростверку.

Сборные железобетонные ростверки фундаментов мостов проектируются из бетона марки не ниже В25, монолитные – не ниже В15.

 

hрост= d fn +0,25 = 1,68+0,25=1,93 м

 

Задаем минимальные размеры ростверка:

lmin =l0 + 2c = 9,8+2∙0,2 = 10,2 м.

bmin = b0 +2c=2,6+2∙0,2= 3 м.

 

3.2 Длина и поперечное  сечение свай

 

Рекомендуется применять забивные железобетонные сваи сплошного квадратного сечения.

Длина сваи определяется положением подошвы ростверка и кровли прочного грунта, в который целесообразно заделывать сваю. Слабые грунты, пески рыхлые и глинистые грунты с показателем текучести IL≥0,5 должны прорезаться сваями.

Заглубление свай в грунтах, принятые за основание, должно быть:

а) при крупнообломочных грунтах, гравелистых, крупных и средней крупности песка, а также глинистых грунтах с показателем текучести IL< 0,1 – не менее 0,5 м;

б) при прочих нескальных грунтах – не менее 1,0 м.

Глубина погружения сваи от поверхности грунта (в русле реки с учетом размыва) не должна быть менее 4 м.

Наиболее распространены в практике мостостроения сплошные сваи сечением от 30×30 до 40×40 см ( приложение 2).

Мы будем использовать 30х30 см, с напряженной проволочной арматурой.

Принимаем сваю С длиной 17 м сечением 30х30 см, с поперечным армированием ствола.

3.3 Определение расчетной  несущей способности сваи

 

При небольших горизонтальных нагрузках и низких ростверках сваи, как правило, размещаются вертикально. Расчетную несущую способность сваи (расчетное сопротивление) определяют по прочности материала и прочности грунта. Для дальнейших расчетов принимаем меньшее полученное значение. Расчет висячих свай по материалу, как правило, не требуется, поскольку несущая способность по материалу обычно больше, чем по грунту.

Расчетное сопротивление (несущую способность) висячей сваи по грунту определяют по формуле:

 

                                    (3.3.1)

 

где gс- коэффициент условий работы сваи, для забивных свай gс=1;

R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, определяемое по таблице 5, МПа, при определении R в кПа табличное значение необходимо умножить на 1000;

А - площадь поперечного сечения сваи, м2;

u - наружный периметр сваи;

fi - расчетное сопротивление i -го слоя грунта основания по боковой поверхности сваи, определяемое по таблице 6 МПа, для получения fi в МПа табличное значение умножается на 1000;

hi - толщина i -го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью, м, hi < 2метра;

gcR, gcf - коэффициенты условий работы под нижним концом и по боковой поверхности сваи, зависящие от способа погружения свай (для свай, погружаемых забивкой gcR = gc f =1).

 

h1 =1,8 м                                  f1 = 0 МПа

h2 =1,6 м                                  f2 = 0,007 МПа

h3 = 1,4 м                                 f3 = 0,022 МПа

h4 = 2 м                                    f4 =0 МПа

R =2,6 МПа

 

Значения fi и R находятся по таблице 5 и 6 в зависимости от глубины zi расположения середины соответствующего слоя грунта (для fi) или от глубины z0 погружения нижнего конца сваи (для R) – (рис. 2). Глубина z отсчитывается от природной поверхности грунта (на суходоле) или от дна водотока после размыва.

 

Таблица 5

 Расчетные сопротивления R под нижним концом забивных свай

Глубина погружения нижнего конца сваи от поверхности z0, м	Значение R, МПа, для:
	Песчаных грунтов средней плотности
	Гравелистых	крупных	-	Средней крупности	мелких	пылеватых	-
	Глинистых грунтов при показателе текучести IL
	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6
3	7,50	6,60 4,00	3,00	3,10 2,00	2,00 1,20	1,10	0,60
4	8,30	6,80 5,10	3,80	3,20 2,50	2,10 1,60	1,25	0,70
5	88,80	7,00 6,20	4,00	3,40 2,80	2,20 2,00	1,30	0,80
7	9,70	7,30 6,90	4,30	3,70 3,30	2,40 2,20	1,40	0,85
10	10,50	7,70 7,30	5,00	4,00 3,50	2,60 2,40	1,50	0,90
15	11,70	8,20 7,50	5,60	4,40 4,00	2,90	1,65	1,00
20	12,60	8,50	6,20	4,80 4,50	3,20	1,80	1,10