Расчет и конструирование фундаментов под промежуточную опору моста

 

Примечание:

1. В случае, когда значение  R указаны дробью, числитель относится к пескам, знаменатель – к глинистым грунтам.

2. Глубина z0 и zi (в табл. 6) при планировке срезкой или подсыпкой до 3 м принимается от природной поверхности.

 

Рисунок 2 Схема для расчета несущей способности сваи по грунту (принято hi £ 2 м)

Таблица 6

Расчетные сопротивления fi по боковой поверхности свай

Глубина от поверхности до середины расчетного слоя Zi,м	Расчетные сопротивления fi, МПа для:
	Песчаных грунтов средней плотности
	Крупных и средней крупности	мелких	пылеватых	-	-	-	-	-	-
	Глинистых грунтов при показателе текучести IL
	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0
1 2 3 4 5 6 8 10 15 20	0,035 0,042 0,048 0,053 0,056 0,058 0,062 0,065 0,072 0,079	0,023 0,030 0,035 0,038 0,040 0,042 0,044 0,046 0,051 0,056	0,015 0,021 0,025 0,027 0,029 0,031 0,033 0,034 0,038 0,041	0,012 0,017 0,020 0,022 0,024 0,025 0,026 0,027 0,028 0,030	0,008 0,012 0,014 0,016 0,017 0,018 0,019 0,019 0,020 0,020	0,004 0,007 0,008 0,009 0,010 0,010 0,010 0,010 0,011 0,012	0,004 0,005 0,007 0,008 0,008 0,008 0,008 0,008 0,008 0,008	0,003 0,004 0,006 0,007 0,007 0,007 0,007 0,007 0,007 0,007	0,002 0,004 0,005 0,005 0,006 0,006 0,006 0,006 0,006 0,006

 

Примечание. Для плотных песков значение fi увеличиваются на 30%.

 

 

3.4 Определение числа свай, их размещение и уточнение  размеров ростверка

 

Определяется расчетная нагрузка, допустимая на сваю

 

F= Fd / gk                                                  (3.4.1)

 

 

где gk - коэффициент надежности; для фундаментов мостов при низком ростверке и висячих сваях если Fd определена расчетом по формуле (3.4.1), gk принимается согласно.

 

Количество свай определяется по формуле:

 

                                                   (3.4.2)

 

где NI – расчетная нагрузка, передаваемая на сваю, определяемая в общем случае по формуле;

 

N1=1,1 (P0 + Pn + Аmin. ∙ hроств. ∙ γср) +gf Pk                    (3.4.3)

 

Рр - вес ростверка; остальные обозначения те же, что и в формуле (2.3.1.4)

h - коэффициент, приближенно учитывающий перегрузку отдельных свай от действующего момента принимается равным 1,1 ¸ 1,2.

 

Рр + Рw + Pg = Amin. ∙ hроств. ∙ γср,

где γср=0,02 МН/м3 

 

Производим расчет для нашего случая

 

Аmin= 10,2∙3=30,6 м²

 

Аmin × hроств × γср=30,6∙1.93∙0,02= 1,2 МН

 

Подставим в формулу :

 

N1 = 1,1(5,6+1,49+1,2) + 1,13∙6,6 = 12,41 МН

 

n = (1,1∙12,41)/0,488 = 27,95 = 28 шт.

 

Расстояние от края подошвы ростверка до ближнего края первой сваи должно быть не менее 0,25 м. Расстояние между осями вертикальных свай должно быть не менее 3d и не более 6d, где d – размер поперечного сечения сваи. После размещения свай в плане окончательно назначают размеры ростверка (рис. 3).

 

3.5 Поверочный расчет свайного  фундамента по несущей способности (по первому предельному состоянию)

 

Обычно проверяют расчетную нагрузку на крайнюю сваю со стороны наибольшего сжимающего напряжения.

При этом распределение вертикальных нагрузок между сваями фундаментов мостов определяют расчетом их как рамной конструкции. В курсовой работе разрешается проверить фактическое усилие в свае Fфакт. с учетом действия по заданию одной горизонтальной силы Т (в плоскости вдоль моста) по следующей упрощенной методике:

 

 

                                           (3.5.1)

 

где Мu - расчетный момент в плоскости подошвы ростверка от сил торможения, определяется по формуле (2.3.1.5), при этом вместо hф принимается высота hр ростверка;

ymax -расстояние от главной центральной оси инерции подошвы фундамента до оси крайнего ряда свай в направлении действия момента Мu (в плоскости вдоль моста);

уi – расстояние от той же оси до оси каждой сваи в фундаменте;

NI - полная расчетная вертикальная нагрузка с учетом веса свай, определяемая по формуле:

 

N1=1,1 (P0 +Pn +Pp +Pсв+Pw + Pg) +g f Pk                             (3.5.2)

 

где Рсв - вес свай; остальные обозначения те же, что и в формуле (3.4.2);

Рсв=Vсв ∙ gb ; Vсв – суммарный объем свай, gb =0,025мН/м3;

F - расчетная нагрузка  на одну сваю;

n - число свай.

 

Производим проверку:

Vсв =17∙0,09∙28= 42,84 м³

 

Рсв=42,84∙0,025 = 1,071 МН

 

Ароств ∙hроств∙ γср=30,6∙1,93∙0,02= 1,2 МН

 

N1 = 1,1(5,6+1,49+1,2+1,071) + 1,13∙6,6 = 13,41 МН

 

Mu = 1,1Т(1,1+ho+hрoств) = 1,1∙0,66∙(1,1+8,4+1,93) = 8,3 МНм

 

Согласно рис. 3 y max = 5,6 м.

           

        28 шт.

= 0 + 0,64 + 2,56 + 5,76 + 10,24 + 16,0 + 23,04 + 31,36 = 89,6 м.

 

≤ 0,488

 

 

Данное условие соблюдается, поэтому принятый свайный фундамент оставляем для дальнейших расчетов.

Если же Fфакт.>F, то необходимо пересчитать несущую способность сваи, увеличив ее длину или поперечное сечение.

 

3.6 Расчет свайного фундамента  как условного массивного

 

Первоначально определяют границы условно массивного фундамента. Для этого находим средневзвешенное значение угла внутреннего трения грунтов jm, пройденных сваями:

 

                                                (3.6.1)

 

где ji – расчетные значения углов внутреннего трения отдельных пройденных сваями слоев грунта;

hi – толщины этих слоев;

d1 = Shi – глубина погружения свай от подошвы ростверка или от уровня размыва, если подошва ростверка расположена выше этого уровня.

Проверка напряжений по подошве условного фундамента производится по формулам:

 

 

  (3.6.2)

                (3.6.3)

 

где N – расчетная нормальная нагрузка в основании условно массивного фундамента с учетом веса свай и грунта в пределах условного массивного фундамента; определяется по формуле (3.5.2) без учета гидростатического взвешивания с той лишь разницей, что за Рg принимается вес грунта в пределах всего условного массивного фундамента 1-2-3-4; при определении Рg следует учитывать средневзвешенный по высоте расчетный вес грунта gIср;

MIy – расчетный момент по подошве ростверка, определяемый по формуле (2.3.1.5) (вместо hф принять высоту  условного фундамента hp+ d1);

lу и bу – соответственно длина и ширина условного массивного фундамента;

 

                           (3.6.4)

 

R - расчетное сопротивление грунта в уровне подошвы условного массивного фундамента, определяемое по формуле (2.3.1), в которой принимается b=bу, d=z0;

lp - расстояние от подошвы низкого ростверка до нижних концов свай, без учета острия;

к - коэффициент пропорциональности, определяющий нарастание с глубиной коэффициента постели грунта, расположенного ниже подошвы фундамента, и принимается по таблице 7;

сb - коэффициент постели грунта в уровне подошвы условного фундамента, кН/м3, при d1£10 м сb=10к; при d>10м - cb=кd;

Т – заданная тормозная сила.

 

Таблица 7

Значения к

Вид грунта и его характеристика	Значение к для свай, кН/м4
Текучепластичные глины и суглинки (0,75<IL£ 1)	490-1960
Мягкопластичные глины и суглинки (0,5<IL£10,75); пластичные супеси (0<IL£1); пылеватые пески (0,6<е£0,8)	1961-3920
Тугопластичные и полутвердые глины И суглинки (0<IL£0,5); Твердые супеси (IL<0); Пески мелкие (0,6< е£0,75); Средней крупности (0,55<е£0,7)	3921-5880
Твердые глины и суглинки (IL<0); Пески крупные (0,55<е£0,7)	5881-9800
Пески гравелистые (0,55<е£0,7); Гравий и галька с песчаным заполнителем	9801-19600

 

Принимаем количество свай С равное 28 штук.

 

 

 

 

 

 

 

 

4 ТЕХНОЛОГИЯ СООРУЖЕНИЯ  ФУНДАМЕНТА И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ

4.1 Основные положения

 

        Независимо  от типа свай и оболочек, за  исключением набивных и буровых, фундаменты сооружают по общей  технологической схеме, состоящей  из изготовления несущих элементов, погружения их в грунт и  устройства плиты. При возведении  фундаментов из набивных и  буровых свай отпадают работы, связанные с погружением, поскольку  их изготавливают в грунте.Работы по сооружению фундаментов начинают с разметки (закрепления) на местности контура котлована и положения в плане несущих элементов. Затем погружают в грунт до проектной отметки сваи, срезают их верхнюю часть на проектной отметки, устанавливают арматуру и опалубку плиты и бетонируют её.Практика строительства фундаментов показывает, что около половины затрат стоимости и труда связано с работами по устройству или погружению несущих элементов в грунт. Поэтому технология сооружения фундамента, по существу, определяется этим видом работ, оказывающим решающее влияние на способ и последовательность устройства крепления и разработки котлована, необходимость применения и конструкцию подмостей для установки на них и перемещения сваепогружающего оборудования, выбор типа крана для обслуживания всех операций и т. п.Сваи погружают в грунт преимущественно при помощи молотов и вибраторов; значительно реже практикуют задавливание, установку в предварительно пробуренные скважины и другие методы.Обычно для сокращения сроков строительства и повышения степени использования технологического оборудования (копров, молотов, вибропогружателей, кранов и т. п.) при минимальном его количестве работы одновременно производят на нескольких фундаментах:

на первом – бетонируют плиту;

на втором – погружают сваи;

на третьем – разрабатывают котлован.

 

4.2  Устройство крепления

 

        Котлованы  в шпунтовом ограждении устраивают: на открытых водотоках; на местности, не покрытой водой в неустойчивых  и водоносных грунтах и в  стесненных условиях возведения  опор вблизи действующих транспортных  или других сооружений. Для шпунтовых  ограждений в качестве материала  используется дерево или прокатный  металл специального профиля. Ограждения  из деревянного шпунта применяют  при глубине погружения его  в грунт до 4-6 м при отсутствии  в грунте включений, препятствующих  погружению шпунта. Шпунт следует  изготовлять из леса хвойных  пород не ниже 2-го сорта, При  длине шпунта не более 3 м допускается  применение шпунта из лиственных  пород (берёзы, осины). Наилучшая форма  гребня и паза шпунта - прямоугольная. Гребень треугольной формы применяют  при толщине шпунта не более 8 см. Для удобства погружения  деревянный шпунт сплачивают  в пакеты из двух-трёх шпунтин, скрепляемых скобами в потай через 100-150 см, а по концам через 50 ем.

Скобы (диаметр 14-16 мм) забивают в шпунт под углом 45 градусов попеременно в противоположных направлениях. Головы шпунтин срезают перпендикулярно их продольной оси и объединяют бугелем прямоугольной формы, а концы заостряют на правильный клин длиной от одной (для тяжёлых грунтов) до трёх (для лёгких грунтов) толщин шпунта. Грань клина заострения со стороны гребня скашивают для обеспечения плотного прижатия забиваемого пакета к ранее забитому. Забивку шпунта всегда ведут гребнем вперёд. Направляющие для забивки шпунта рекомендуется прикреплять к маячным сваям, размещаемым снаружи шпунтовой стенки, через 2-3 м по её длине и к одной из узловых шпунтовых свай, забиваемой одновременно с маячными. Остальные угловые шпунтовые сваи погружают по ходу забивки ограждения. Внутренние направляющие прикрепляют к маячным сваям через деревянные прокладки, удаляемые по мере забивки шпунта. Перед снятием прокладки направляющие прикрепляют к ближайшей забитой шпунтовой свае. Шпунт погружают в грунт сваебойными молотами или с помощью вибропогружателей.

 

4.3 Разработка котлована

 

        Разрабатывать  грунт в котлованах, устраивать  в них фундаменты и засыпать  пазухи грунтом нужно без нарушения  несущей способности грунта основания  и в предельно сжатые сроки. При выполнении работ зимой  необходимо принимать меры против  промерзания грунта в основании. В зависимости от гидрогеологических  условий грунт в котлованах  разрабатывают механическим или  гидромеханическим способом. Разработка  грунта в котлованах ручным  способом допускается как исключение  на работах с весьма небольшим  объёмом, а также при зачистке  дна котлована перед кладкой  фундамента. Для разработки грунта  в котлованах используют одноковшовые  экскаваторы, которые открывают  котлован с недобором до проектной  отметки 30 см, и скреперы, бульдозеры  и многоковшовые экскаваторы  с недобором не менее 10 см. Окончательную  зачистку дна котлована выполняют  ручным способом перед кладкой  фундамента. При разработке котлована  в скальных грунтах после удаления  разрушенного слоя подошву котлована  необходимо освидетельствовать  отстукиванием и, удалив каменную  мелочь, промыть сильной струёй  воды, а в холодное время продуть  сжатым воздухом.