Проектирование фундаментов под опору моста

    Усилия, действующие в сечении при  различном сочетании временных нагрузок, определяются умножением расчетных усилий (таблица 2.2) на коэффициент η – коэффициент сочетания, учитывающий уменьшение вероятности одновременного появления расчетных нагрузок. 

    Таблица 2.2 – Сочетания нагрузок, действующие на обрез фундамента

 

    Окончание таблицы 2.2

 

    Анализ  данных таблицы 2.2 позволяет сделать следующие выводы:

    – максимальная вертикальная сила действует  на фундамент в сочетании 2, его  следует использовать при конструировании фундамента, F_V=N= 36747,68 кН;

    – наиболее опасно для расчета прочности  сочетание 6, при котором кроме большой вертикальной силы F_V = 35595,68 кН действуют наибольшие горизонтальная сила F_h = 1474,60 кН и весьма большой момент М_x = 3833,96 кН∙м;

    – при необходимости расчета устойчивости фундамента под опору моста следует использовать сочетание 4, в котором минимальному большому значению

F_V = 35595,68 кН соответствуют весьма большое значение момента М_y=7973,28 кН∙м F_h = 705,6 кН.

 

    

    3 Проверка прочности  сечения по подошве  фундамента 
 

    После того как определена нагрузка, действующая  на фундамент, приступают к проектированию по следующим этапам:

    – назначают глубину заложения  и выбирают опорный пласт грунта;

    – предварительно назначают размеры  и определяют вес фундамента;

    – определяют сопротивление грунта опорного пласта сжатию под подошвой фундамента;

    – проверяют положение равнодействующей и устойчивость фундамента на опрокидывание  и сдвиг;

    – определяют среднюю осадку и крен фундамента.

    В процессе работ при необходимости  уточнят предварительно назначенные  размеры фундамента.

    Опорным пластом называют грунт, расположенный непосредственно под подошвой фундамента и воспринимающий от нее нагрузку.

    Правильный  выбор опорного пласта предопределяет надежность основания и представляет собой один из наиболее ответственных  этапов проектирования; выбор опорного пласта осуществляется на основании детального изучения геологического разреза и результатов полевых и лабораторных исследований грунтов.

    Желательно, чтобы толщина опорного пласта была не менее удвоенной ширины подошвы.

    Наиболее  надежны в качестве опорного пласта невыветрелая скала, крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем, твердые глины и суглинки, крупные и средней крупности плотные пески. Нельзя использовать в качестве опорного пласта торф, заторфованные грунты, глины и суглинки с показателем текучести I_L> 0,6, рыхлые пески,  грунты набухающие и просадочные.  
 

    3.1 Выбор отметки заложения подошвы фундамента 
 

    При конструировании фундаментов мелкого  заложения в первом приближении назначают их размеры и заглубление подошвы. Подошву фундамента закладывают на такой глубине в пределах опорного пласта, чтобы были исключены промерзание лежащего под ней грунта (если он пучинистый) и возможность подмыва при прохождении паводка. Фундаменты во всех случаях закладывают на грунтах, обладающих достаточной несущей способностью.

    При отсутствии размыва во все грунты, кроме скальных, массивные фундаменты опор заглубляют не менее чем на 1,0 м от дневной поверхности грунта или дна водотока. Если при этом грунт основания склонен к пучинообразованию (все грунты, кроме скальных, крупнообломочных, гравелистых и крупнопесчаных по нормам проектирования мостов) подошву фундамента располагают ниже расчетной глубины промерзания не менее, чем на 0,25 м. При возможности размыва грунта подошва массивного фундамента должна быть заглублена ниже уровня расчетного размыва не менее, чем на 2,5 м.

    Максимальная  глубина заложения массивного фундамента обычно не превышает 5 – 6 м от поверхности земли или рабочего уровня воды при строительстве на водостоке.

    Фундамент следует заглубить в несущий  слой грунта не менее, чем на 0,5 м.

 

    

Отметку плоскости  обреза назначают на 0,5 м ниже горизонта  самых низких вод.

    Решение

    Фундаменты  опор заглубляем в предположении  отсутствия размыва. Грунтовые условия строительной площадки: с поверхности до глубины 3,2м залегает слой песка мелкого рыхлого; ниже мощностью 10,1м до глубины 13,3м – слой суглинка тугопластичного; далее ниже мощностью 6,6м до глубины 19,9м – слой супеси пластичной; и ниже мощностью 3,7м до глубины 23,6м – мергель.

    Так как первый слой представлен песком мелким рыхлым, то фундамент заглубляем на 0,8м во второй слой, т. е. высоту фундамента принимаем 4 м.

    Ширину  обреза С_У для фундаментов мелкого заложения опор мостов принимают в переделах 0,2 – 0,5 м. Примем С_У =0,5 м. 
 

    3.2 Определение размеров подошвы фундамента 
 

    Размеры фундамента в уровне обреза назначают  несколько больше размеров надфундаментной  части; это делается главным образом  для того, чтобы после постройки фундамента произвести точную разбивку сооружения и расположить надфундаментную часть строго по проекту. Ширину уступов С_У в уровне обреза для искусственных сооружений принимают равной 0,2 – 1,0 м.

    Размеры подошвы фундамента определяются прочностью грунтов основания. В подавляющем большинстве прочность грунтов значительно меньше прочности строительных материалов и фундаменты приходится развивать, уширяя их книзу. Фундаменты под массивные опоры мостов обычно делают из бетонной или буто

бетонной кладки. Фундаменты из бетона плохо работают на растяжение, и для предотвращения трещин максимальное развитие подошвы фундамента для мостовых сооружений ограничивается углом α = 30⁰, что близко к углу распространения внутренних напряжений в кладке (рисунок 3.2). Такие фундаменты называют жесткими. Чаще всего ему придают ступенчатую форму, при которой упрощается конструкция опалубки и облегчается укладка бетонной смеси. В ступенчатых фундаментах высоту уступов назначают равной 0,7…2,5 м, ширину 0,4…1 м.

    Размеры подошвы фундамента определяют по расчетным  нагрузкам, действующим на уровне подошвы и по расчетному сопротивлению грунта, расположенного непосредственно под фундаментом, определяемого по формуле 

                                    ,               (3.1) 

    где R₀ – условное сопротивление грунта, кПа. Для супесей, суглинков и глин с I_L < 0  R₀ = 1,5 R_пс и следует принимать для супесей не более 981 кПа; для суглинков не более 1962 кПа; для глин не более 2943 кПа;

    R_пс – предел прочности на одноосное сжатие образцов пылевато–глинистого грунта природной влажности, кПа;

    k₁ и k₂ – коэффициенты;

    b –  ширина подошвы фундамента, м  (если b> 6 м, то принимаем b= 6 м);

    γ^' – средний удельный вес грунта в пределах глубины d без учета взвешивающего действия воды, кН/м³;

    d –  глубина заложения фундамента, м;

    Слагаемое 1,5 γ_ω h_ω – пригрузка водой, учитывается, если основание сложено глинами и суглинками,

    где γ_ω – 9,81∙10 кН/м³ – удельный вес воды;

           h_ω – глубина воды, от УМВ до уровня местного размыва, м.

    Далее учитываем собственный вес фундамента, вес грунта, расположенного на его  уступах и давление воды на уступы. Эти нагрузки зависят от размеров фундамента, а потому в начале расчета еще не известны. Размеры подошвы фундаментов определяем путем последовательного приближения. В первом приближении можно определить площадь А, м² подошвы фундамента по формуле