Проектирование фундаментов под опору моста

           n - количество свай в ростверке;

           X, Y - расстояние от главных осей до оси сваи, для которой вычисляется расчетная нагрузка, м;

           X_i, Y_i - расстояние от центральных осей до оси каждой сваи, м.

    Нагрузка  на уровне обреза фундамента:

    N⁰=35595,68кН; Q⁰=705,6кН; =7973,28кН∙м.

    Решение

    Определим расчетную вертикальную нагрузку на ростверк 

    N_d= N⁰ + 4234,78 = 35595,68 + 4234,78 = 39830,46 кН. 

    Максимальный  изгибающий момент 

    M

= 1,2∙ + 1,2∙Q⁰∙d_p; 

    M

= 1,2∙7973,28 + 1,2∙705,6∙2 = 11261,38 кН∙м. 

    Расстояние  от центральной оси до оси каждой сваи (рисунок 5.4) 

    

 

    

    Тогда 

    N=

. 

    Проверяем условие 

                                                           N £ P_св,                                             (5.8) 

    N=1010,27 кН > P_св = 806,83 кН. 

    Следовательно, свайный фундамент запроектирован не рационально. Увеличим количество свай до 60 штук.

    

    Рисунок 5.4.1 – Размещение свай в ростверке (в увеличенном количестве) 

    Расход  материала на сваи после исправления составит 

    0,35∙0,35∙11∙60=80,85м³. 

    Проверим условие 

    N £ P_св. 

    N_d=39830,46 кН;

    M =11261,38 кН∙м.

    Расстояние  от центральной оси до оси каждой сваи (рисунок 5.4.1)

 

    

    

; 

    Тогда 

    N=

. 

    N=780,84 кН < P_св = 806,83 кН.

    Запас прочности составляет 

    

<10%. 

    Следовательно, свайный фундамент запроектирован достаточно рационально. 
 

    5.4 Проверка прочности основания  куста свай 
 

    Свайный фундамент с висячими сваями передаёт все нагрузки на основание, расположенное  в уровне острия свай. За счёт сил  трения между боковой поверхностью сваи и грунтом в передачи на грунт на основание участвует грунт, окружающий сваи. При этом сваи вместе с окружающим грунтом образуют условный сплошной фундамент.

    Границы условного фундамента определяют следующим  образом (рисунок 5.6):

    а) снизу – плоскостью ВГ, проходящей через нижние концы свай;

    б) с боков – вертикальными плоскостями  АГ и БВ, отстоящими от наружных граней крайних рядов вертикальных свай на расстоянии    h´tg(j /4), но не более

двух диаметров  или меньших сторон поперечного сечения сваи в случаях, когда под нижними концами свай залегают пылевато-глинистые грунты с показателем текучести J_L = 0,6;

    в) сверху – поверхностью планировки грунта.

      

    Рисунок 5.6 - К определению границы условного фундамента 

    Значение j - осреднённое расчётное значение  угла внутреннего трения грунта, определяемое по формуле 

                                                 j _II,mt  = ,                                         (5.9) 

    где j_II,i – расчётные значения углов внутреннего трения грунта по второй группе предельных состояний в пределах слоёв h _i;

           h _i - глубина погружения сваи в грунт, считаем от подошвы ростверка 

    

, м. 

    В собственный вес условного фундамента при определении его осадки включается вес свай и ростверка, а также вес грунта в объёме условного фундамента.

    Проверку  несущей способности по грунту фундамента из свай как условного фундамента следует выполнять по формуле 

                                                            P_max  £R ,                                               (5.10) 

    где  P_max – максимальное давление на грунт по подошве условного фундамента;

           R – расчётное сопротивление грунта основания;

           g_с - коэффициент условия работы;

           g_n – коэффициент надёжности по назначению сооружения.

    Максимальное  давление P_max   для прямоугольного в плане условного фундамента при нагрузках, действующих вдоль оси моста, определяется по формуле

 

    

                                           P_max = ,                                (5.11) 

    где N_c – нормальная составляющая давления фундамента на грунт, кН, (с учётом веса грунтового массива АБВГ вместе  с заключённым в ней ростверком и сваями), (рисунок 5.6);

           F_h, M_c – соответственно горизонтальная составляющая внешней расчетной нагрузки и её момент относительно главной оси горизонтального сечения условного фундамента в уровне расчётной поверхности грунта, кН∙м;

           a_у, b_у – размеры в плане условного фундамента, м;

           d – глубина заложения условного фундамента, м;

           k – коэффициент пропорциональности, определяющий нарастание с глубиной коэффициента постели грунта [I, приложение 25] или таблица А.4;

           с_в- коэффициент постели грунта в уровне подошвы условного фундамента, определяемый через коэффициент пропорциональности k ; при d £ 10м, с_в = 10∙k; при d > 10м, с_в=k∙d.

    Решение

    Проверить несущую способность основания.

    Определим размеры сплошного условного  фундамента (рисунок 5.7). 

               a_y = a₁ + 2∙h∙tg(j _II,mt/4);          b_y = b₁ + 2∙h∙tg(j _IImt/4);                           (5.12) 

    j_II,mt =

; 

    a_y = 9,8 + 2∙9,1∙tg(18,2°/4) = 11,26м; 

    b_y = 6,35 + 2∙9,9∙tg(18,2°/4) = 7,81м.

 

Рисунок 5.7 – К определению размеров условного фундамента 

    Вес типовых свай следует определить по формуле 

    G_св = 24∙(0,35∙0,35∙10,3∙1,1∙60) = 1998,61 кН. 

    Вес грунтового массива (параллелепипеда  АБВГ) определяется с учетом заключенного в нем объёма воды (при наличии водоупорного слоя) по формуле 

                                               G_гр = (åV_i ∙γ_i)∙1,1 + åV_i·g_w,                                   (5.13) 

    где V_i - объём i-го слоя грунта, м³;

            g_i - удельный вес i-го слоя грунта (принимаемый с учетом взвешивающего действия воды для водопроницаемых грунтов ) и определяется по формуле 

                                                   g_i = g_sbi  = , кН/м³,                                     (5.14) 

           g_si – удельный вес частиц i-го слоя грунта, кН/м;

           g_w – удельный вес воды, g_w »10 кН/м³.

    Тогда вес грунтового массива будет  равен 

    G_гр=(V_1гр∙γ_sb1 + V_2гр∙γ_sb2)·1,1 + V_В∙γ_В 

    V_1гр∙γ_sb1 = (3,2·7,81·11,26 – (1∙9,6∙6,1 + 1∙10,6∙7,1 + 1,2·0,35·0,35∙60))·9,32 = =1293,34кН;

    V_2гр∙γ_sb2 = (9,1·7,81·11,26 – 9,1∙0,35∙0,35∙60)·8,78 = 6439,03кН;

    V_В∙γ_В = (12,3·7,81·11,26 − (1·9,6·6,1 + 1·10,6·7,1 + 10,3·0,35·0,35·60))10 =

= 8721,44кН

 

G_гр = (1293,34 + 6439,03)·1,1 + 8721,44 = 17227,05кН. 

    Для рассматриваемого примера N=35595,68кН; F_h=705,6кН; M_y=7973,28кН∙м. 

    

; 

    d = 12,3м < 10м;

    С_в = k_i∙d = 3199∙12,3 = 39347,7кН/м³; 

  _.

    = 763,25 кПа. 

    Определим расчётное сопротивление грунта основания (аналогично, как для фундамента мелкого заложения) 

                                        R = 1,7∙{R_o∙[I + k₁∙(b – 2)] + k₂∙g∙(d – 3)}.                     (5.15) 

    Для суглинка тугопластичного при e = 0,89; I_L= 0,38 получаем R₀ = 125,77кПа;

k₁ = 0,02; k₂ = 1,5; g = 17,74 кН/м³; 

    R=1,7∙{125,77 [1 + 0,02∙(7,81 – 2)] + 1,5∙17,74∙(11,26 – 3)} + 1,5∙10∙3,95 = =771,56кПа; 

    P_max = 763,25 кПа < R = 771,56кПа. 

    Следовательно, прочность грунтового основания  обеспечена.

 

    

    6 Расчет осадки  фундамента мелкого заложения (Расчет по деформациям). 
 

    Задача  расчета по деформациям состоит в том, чтобы не допустить такие деформации основания, при которых нарушается нормальная эксплуатация надземных конструкций. Под воздействием нагрузки от сооружения его основание деформируется и дает осадку. Осадку фундамента  S определяем от действия нормативных постоянных нагрузок, при этом размыв грунта у опоры не учитываем.

    Для определения конечной осадки основания  широко применяется метод по

слойного  суммирования. При этом считают, что  осадка основания происходит в результате уплотнения некоторой толщи грунта ограниченной толщины, называемой активной, сжимаемой зоной – Н_с.