Проектирование фундаментов под опору моста

    Проектирование  свайных фундаментов ведется  по расчетным нагрузкам с учетом различных сочетаний. Все нагрузки каждого сочетания следует привести к уровню подошвы ростверка, учитывая при этом его вес.

    После приведения нагрузок к уровню подошвы  ростверка, необходимое, ориентировочное количество свай n определяют по формуле 

                                           n = k∙ ,                                                    (5.3) 

    где k – корректирующий коэффициент, учитывающий влияние изгибающего момента, принимается  k=1,1…1,4;

          N – максимальное нормальное усилие в уровне подошвы ростверка, кН;

         G_p – вес ростверка (предварительно определённый), кН.

    Сваи  можно размещать в рядовом (рисунок  5.1,а) или шахматном порядке (рисунок 5.1,б). 

    а)                                                              б)

    

    а – рядовой порядок

    б – шахматный порядок

    Рисунок 5.1 - Размещение свай 

    Расстояние  между осями забивных висячих  свай в уровне острия  должно быть определено из условия a ≥ 3d (d – диаметр круглого или сторона квадратного сечения сваи). Расстояние от грани ростверка до грани сваи или сваи-оболочки должно быть не менее 25 см. В результате размещения свай по ро-

 

стверку может  быть уточнено количество свай и размеры в плане (обычно в сторону увеличения).

    Решение

    Определить  несущую способность и количество свай, разместить их в 

ростверке при  следующих исходных данных: N⁰ = 36747,68 кН – максимальная нагрузка на подошве фундамента. Используя схему разбивки слоёв грунта h_i, приведенную на рисунке 5.2, определим несущую способность висячих свай, погружённых забивкой молотами в третий и четвёртый слои.

 

    Рисунок 5.2 – К определению несущей  способности свай 

    Для первого случая при ℓ_св = 4м:

    Суглинок  тугопластичный:

    при z₁ = 4,2м;     R_f1=34,04кПа;       h₁=2,0м;        R_f1´ h₁=68,08кПа∙м;

    при z₂ = 5,3м;     R_f2=36,16кПа;       h₂=0,2м;       R_f2´ h₂=7,23кПа∙м;

                                                                                   .

    При ℓ₁ = 5,4м; R = 2208кПа; g_cr=g_cf =1; U =4∙0,3=1,2м; А = 0,3∙0,3 = 0,09м²; 

    F_d = 1(1∙2208∙0,09 + 1,2∙1∙75,31) = 1∙(198,72 + 90,37) = 289,09кН. 

    Расчётная нагрузка, допускаемая на сваю 

    P_св =

= =206,49кН. 

    Для второго случая при ℓ_св = 13м:

 

    

    Суглинок  тугопластичный:

    при z₁ = 4,2м;       R_f1=34,04кПа;      h₁=2,0м;        R_f1´ h₁=68,08кПа∙м;

    при z₂ = 6,2м;     R_f2=43,36кПа;      h₂=2,0м;       R_f2´ h₂=86,72кПа∙м;

    при z₃ = 8,2м;      R_f3=46,0кПа;        h₃=2,0м;       R_f3´ h₃=92,0кПа∙м;

    при z₄ = 10,2м;    R_f4=47,9кПа;        h₄=2,0м;        R_f4´ h₄=95,8кПа∙м;

    при z₅ = 12,2м;    R_f5=48,87кПа;      h₅=2,0м;        R_f5´ h₅=97,74кПа∙м;

    при z₆ = 13,25м;  R_f6=49,22кПа;      h₆=0,1м;        R_f6´ h₆=4,92кПа∙м

    супесь  пластичная:

    при z₇ = 13,8м;    R_f7=37,4кПа;    h₇=1,0м;     R_f7´ h₇=37,4кПа∙м;

                                                                               

    при ℓ₂=14,3м; R=1688,33кПа; U=1,4м; g_cf=g_cf=1; А = 0,1225 м²; 

    F_d=1∙(1∙1688,33∙0,1225 + 1,4∙482,66∙1) = 1∙(206,82 + 675,72) = 882,54кН. 

    Расчётная нагрузка, допускаемая на сваю 

    P_св =

= =630,39кН. 

    Определяем  необходимое количество свай в кусте:

    - для  первого варианта 

    n₍₁₎=

=117,96шт; 

    - для  второго варианта 

    n₍₂₎=

=58,29шт. 

    В обоих вариантах потребуется  значительно увеличить размеры  ростверка, кроме того, расход материала на сваи для первого варианта составит  

    0,30∙0,30∙4∙118=42,48м³. 

    Для второго варианта расход составит 

    0,35∙0,35∙13∙60=95,55м³. 

    Поэтому целесообразно увеличить длину свай.

    Увеличим  длину свай для первого варианта до 10 м.

    По таблице принимаем сваю марки СМ10 – 35, диаметром 35x35 см, длиной

11 м, марка бетона В20.

    При ℓ_св = 11м:

    Суглинок  тугопластичный:

    при z₁ = 4,2м;       R_f1=34,04кПа;      h₁=2,0м;        R_f1´ h₁=68,08кПа∙м;

    при z₂ = 6,2м;       R_f2=43,36кПа;      h₂=2,0м;       R_f2´ h₂=86,72кПа∙м;

 

    

    при z₃ = 8,2м;    R_f3=46,0кПа;        h₃=2,0м;        R_f3´ h₃=92,0кПа∙м;

    при z₄ = 10,2м;    R_f4=47,9кПа;        h₄=2,0м;        R_f4´ h₄=95,8кПа∙м;

    при z₅ = 11,75м;  R_f4=48,7кПа;        h₄=1,2м;        R_f4´ h₄=58,44кПа∙м

                                                                               

при ℓ=12,3м; R=3494,67кПа; U=1,4м; g_cf=g_cf=1; А = 0,1225 м²;

    

    Рисунок 5.3 – К определению несущей  способности свай. 

    F_d=1∙(1∙3494,67∙0,1225 + 1,4∙501,04∙1) = 1∙(428,10 + 701,49) = 1129,56кН. 

    Расчётная нагрузка, допускаемая на сваю 

    P_св =

= =806,83кН. 

    Определяем  необходимое количество свай в кусте: 

    n₍₁₎=

=45,56шт. 

    После корректировки количества свай с соблюдением симметрии и приняв n=48шт, расход составит 

    0,35∙0,35∙11∙48=64,68м³. 

    Размещение  свай в плите ростверка показано на рисунке 5.4.

    Сваи  размещаются в рядовом порядке с шагом не менее a > 3∙d = 3∙0,35 = =1,05м.

    

    Рисунок 5.4 - Размещение свай в ростверке 

    После назначения размеров подошвы ростверка уточним его конструкцию. Так как опора моста имеет размеры 8,9´5,4 м, свесы c_o примем равными 0,5м, а развитие фундамента ограничивается углом a, предельное значение которого для фундаментов опор мостов принимается равным 30°,то ростверк будет иметь следующие размеры (рисунок 5.5):

    

    Рисунок 5.5 - Конструирование ростверка 

    Определяем  дополнительную вертикальную нагрузку, действующую по подошве ростверка, за счет собственного веса ростверка G_р и грунта засыпки G_гр на обрезе ростверка 

                                                          G_р = g_б∙V_р,                                          (5.4) 

    V_р = 9,6∙6,1∙1,0 + 10,6∙7,1∙1 = 133,82м³; 

    G_р = 24кН/м³∙133,82м³ = 3211,68кН. 

    Определяем  вес грунта засыпки

 

    

                                                    G_гр = g_гр∙V_гр;                                             (5.5) 

    V_гр = 10,6∙7,1∙2 - (9,6∙6,1∙1,0 + 10,6∙7,1∙1,0) = 16,7м³; 

    G_гр = 19,0кН/м³∙16,7м³ = 317,3кН. 

    Определяем  расчетную вертикальную нагрузку, действующую  по подошве ростверка 

                                                N_d = N⁰ + 1,2∙(G_р + G_гр);                              (5.6) 

    N_d= N⁰ + 1,2∙(3211,68 + 317,3) = N⁰ + 4234,78кН. 
 

    5.3 Определение расчетной вертикальной нагрузки на сваю 
 

    Расчетную нагрузку на максимально нагруженную  сваю следует определять для наихудших сочетаний нагрузок по формуле 

                                                 N=                                  (5.7) 

    где  N_d - расчетная вертикальная нагрузка на ростверк, кН;

           , - максимальные изгибающие моменты в сочетании при P_max, кН∙м;