Проектирование фундаментов под опору моста

 

    Таблица 3.3.1 – Проверка прочности грунтового основания

 

    

 кН/м³. 

    Тогда 

R = 1,7·(125,77·(1 + 0,02·(6 – 2)) + 1,5·18,21·(6 – 3))+1,5∙10∙3,95 = 429,47 кПа. 

    Для сочетаний 1 и 2 γ_С = 1, тогда 

/ = 429,47·1/1,4 = 306,76 кПа. 

    Для сочетаний 3…6 γ_С = 1,2, тогда 

     / = 429,47·1,2/1,4 = 368,12 кПа.

    Результаты  вычислений, приводимые в таблице 3.3, показывают, что грунты основания во всех сочетаниях не обладают достаточной несущей способностью, чтобы воспринять передаваемые на них нагрузки. Следовательно предпочтительно укладывать свайный фундамент. 

    4 Конструирование  свайного фундамента 
 

    4.1 Определение глубины заложения  и назначения размеров ростверка 
 

    Высота  ростверка – это расстояние между  обрезом и подошвой плиты. Положение обреза назначается на 0,5…1,0 м ниже межени или поверхности грунта или задаётся. Подошву ростверка заглубляют ниже расчётной глубины промерзания пучинистого грунта на 0,25м. В непучинистых грунтах высоту ростверка назначают конструктивно.

    Обрез свайного фундамента (верх плиты) располагают по тем же правилам, что и в фундаментах мелкого заложения. Плиту делают из бетона, бутобетона или железобетона.

    Ориентировочно  толщину плиты можно принять  h_p=1,4…2,0м при диаметре ствола d_c=30…60см; h_p=2,0…3,0м при d_c>60см.

    Ориентировочно  толщину плиты можно принять  м при диаметре см.

    Размеры ростверка в уровне обреза зависят  от размеров опоры, а в уровне подошвы – от количества свай и расстояния между ними. Если количество свай невелико, то боковые грани ростверка могут быть вертикальными, в противном случае делается развитие ростверка под углом 30 градусов. Угол отсчитывают от грани опоры, при этом ростверк делают ступенчатым.

    В данном примере принимаем толщину  плиты равной 2м. 
 

    4.2 Оценка грунтовых условий и  назначение длины свай 
 

    Предварительные размеры низкого ростверка и  глубину его подошвы для курсовой работы разрешается принимать как  для фундамента мелкого заложения, размеры которого определены в предыдущих расчетах.

    Первый слой – песок мелкий рыхлый:

g = 19,0 кН/м³; g_s = 26,5 кН/м³; g_d = 15,0 кН/м³; g_sb = 9,32 кН/м³;e = 0,77; W = 30,0.

    Второй  слой – суглинок тугопластичный:

g = 17,3 кН/м³; g_s = 26,6 кН /м³; g_d = 14,1 кН/м³; g_sb = 8,78 кН/м³; e = 0,89; W = =23,0%; W_P = 18,0%; W_L = 28,0%; I_P = 13,0 % ; I_L = 0,38; c_n = 16,8 кПа; j_n = 18,2°; R₀ = 125,77 кПа; E = 9,24 мПа.

    Третий  слой – супесь пластичная:

g = 19,6 кН/м³; g_s = 27,5 кН/м³; g_d = 16,8 кН/м³; g_sb = 10,67 кН/м³; e = 0,64; I_P = 4,0;

I_L = 0,5; W = 17,0; W_P = 15,0%; W_L = 19,0%; c_n = 13,2 кПа; j_n = 24,3°; R₀ = 24,3 кПа; E = 16,8 мПа.

    Для фундаментов опор мостов глубина  погружения сваи в грунт должна быть не менее 4 м.

 

    

    Длина сваи назначается таким образом, чтобы были прорезаны слабые слои

грунта.

    Нижние  концы свай следует заглублять в малосжимаемые крупнообломочные, гравелистые, крупные, средней крупности песчаные грунты, а также в глинистые грунты с показателем текучести I_L ≤ 0,1 не менее чем на 0,5 м, в прочие виды нескальных грунтов – на 1,0 м. Оценивая грунтовые условия строительной площадки, можно сделать вывод, что свая может быть заглублена либо во второй слой с условно принятой длиной ℓ _св.= 2,8 м, либо в третий слой – супесь пластичную, с условно принятой длиной 13,0 м.

    Полная  длина сваи определяется как сумма 

     ℓ_св. = ℓ_o + åℓ_гр + ℓ_н.с.,                                                (4.1) 

    где ℓ_o – глубина заделки сваи в ростверк, которая принимается не менее 2d при d < 0,6м и не менее чем на 1,2м при d > 0,6м (где d – диаметр круглой или сторона квадратной сваи);

          åℓ_гр – расстояние от подошвы до кровли следующего слоя, м;

          ℓ_н.с. – заглубление в несущий слой, м.

    Для нашего примера минимальная расчётная  длина сваи заглублённой во второй слой (рисунок 4.1.) составляет 

    ℓ

=0,6 + 1,2 + 1,0 = 2,8 м; 

    где: ℓ_o = 2d = 2∙0,30 = 0,6 м,

    Длина сваи, заглублённой в третий слой 

    ℓ

= 0,7 + (1,2 + 10,1) + 1,0 = 13,0 м. 

    Далее по таблице принимаем:

    - для  первого случая - сваю марки СМ4 – 30, диаметром 30x30 см, длиной 4 м, марка бетона В20;

    - для  второго случая - сваю марки СМ13 – 35, диаметром 35x35 см, длиной

13 м, марка бетона В35.

    Рисунок 4.1 - К определению длины сваи.

 

    

    5 Расчёт свайных фундаментов 
 

    Расчёт  свайных фундаментов и их оснований  производится по двум группам предельных состояний:

    1) по первой группе предельных  состояний определяют несущую  способность сваи по грунту, прочность  материала свай и ростверков, по несущей способности оснований  свайных фундаментов, если на  них передаются значительные горизонтальные нагрузки или если основания ограничены откосами или сложены крутопадающими слоями грунта. Расчёт ведётся на основные и особые сочетания расчётных нагрузок с использованием расчётных характеристик  материалов и грунтов;

    2) по второй группе предельных состояний рассчитываются осадки оснований фундаментов, горизонтальные перемещения свай и свайных фундаментов, образование или раскрытие трещин в элементах железобетонных конструкций. Расчет по деформациям необходимо выполнять на основные сочетания нагрузок. 
 

    5.1 Определение несущей способности  свай 
 

    После определения и подбора длины  сваи рассчитывается несущая способность свай. Несущая способность F_d, кН, висячей забивной сваи и сваи-оболочки, погружённой без выемок грунта, работающих на сжимающую нагрузку, следует определять как сумму расчётных сопротивлений грунтов основания под нижним концом сваи и на её боковой поверхности 

                                         F_d = g_c∙(g_cr∙R∙A+∑U_i·g_{cf i}∙h_i ·R_fi);                                       (5.1) 

    где g_c – коэффициент условия работы сваи в грунте, принимаемый  g_c =1, а для грунтов Ι типа по просадочности и для биогенных грунтов g_c = 0,8;

          g_cr, g_cf - коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи на расчётные сопротивления;

          R – расчётное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кН;

          А – площадь опирания на грунт свай, м², принимаемая по площади поперечного сечения сваи брутто;

          U_i – усредненный периметр поперечного сечения сваи в i-м слое грунта, м;

          h_i – толщина i –го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м;

          R_fi – расчётное сопротивление (прочность) i – го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа.

    Одиночную сваю в составе фундамента по несущей  способности грунтов основания следует рассчитывать исходя из условия 

                                                    N  ≤ = P_св,                                                       (5.2) 

    где N - расчётная нагрузка, передаваемая на сваю (наиболее невыгодное сочетание), кН;

 

    

          = P_св – расчётная нагрузка, допускаемая на сваю, кН; 

          g_к – коэффициент надёжности, равный 1,4 – для фундаментов опор мостов при низком ростверке, сваях или сваях-стойках; при высоком ростверке – только при сваях-стойках, воспринимающих сжимающую нагрузку, независимо от числа свай, если несущая способность сваи определена расчетом. 
 

    5.2 Определение количества свай  и размещение их в ростверке