Проектирование фундаментов под опору моста

    Методом элементарного суммирования обычно определяют осадку центральной точки подошвы фундамента. Полная осадка S по методу элементарного (послойного) суммирования определяется как сумма осадок элементарных слоев грунта в пределах сжимаемой толщи по формуле 

                                                    S =                                             (6.1) 

    где b – безразмерный коэффициент, принимаемый равным 0,8;

         E_i – модуль деформаций i –го слоя грунта, кПа;

         h_i – толщина  рассматриваемого  слоя, м,  которая  принимается из выражения h_i £ 0,4 b  (границы элементарных слоев должны совпадать с границами естественных напластований);

         b – ширина подошвы условного фундамента, м;

         – среднее значение дополнительных вертикальных напряжений в рассматриваемом слое. 

                        .          (6.2) 

       Сжимаемую толщу ограничивают глубиной, ниже, которой сжатием грунта можно пренебречь. Нижнюю границу активной, сжимаемой зоной – Н_с рекомендуют принимать на глубине, где , здесь – вертикальное нормальное напряжение от собственного веса грунта 

                       ,               (6.3) 

       где g_II,i – удельный вес i-го слоя грунта, кН/м³;

                  g_sbi – удельный вес грунта с учетом взвешивающего действия воды для    всех типов водонасыщенных грунтов, кроме пылевато-глинистых с показателем текучести I_L £ 0,25;

                  ℓ_i – толщина i-го слоя грунта, м.

    Дополнительное (осадочное) вертикальное напряжение в  грунте под подошвой определяем по формуле 

                      ,             (6.4) 

       где  Р₀ = Р_ср - ;

                  – вертикальное нормальное напряжение от собственного веса грунта под подошвой фундамента, кПа;

                   Р_ср – давление на уровне подошвы фундамента, кПа;

               a  -  безразмерный коэффициент, определяемый по таблице 2.4 в зависимости от h = ℓ/b и относительной глубины .

    При разбивке выделяют границы раздела  между разными грунтами, при этом модуль деформации на границе слоев определяется по формуле 

                    Е_{ср (n-i)} =                                 (6.5) 

    Для расчета осадки основания необходимо вычертить расчетную схему вида (рисунок 6)

    Величина  осадки фундамента S не должна превышать предельно допустимой осадки сооружения.

    Решение

        Определить осадку свайного фундамента с условной шириной 7,81м, среднее давление по подошве фундамента Р_ср= 738,81 кПа, глубина заложения от планировочной отметки -12,3 м.

       Строим  эпюру распределения вертикальных напряжений от собственного веса в  пределах глубины 6×b = 6×7,81м = 46,86 м ниже подошвы фундамента согласно формуле.

На поверхности  грунта

    σ_zq0 = 0

    0,2 σ_zq0 = 0

На подошве  ростверка

    σ_zq1 = γ_sb1·h_p + σ_zq0 = 9,32·2,0 + 0 = 18,64кПа

    0,2 σ_zq1 = 3,73кПа

На подошве  первого слоя

    σ_zq2 = γ_sb2·1,2 + σ_zq1 = 9,32·1,2+18,64 = 29,82кПа

    0,2 σ_zq2 = 5,96кПа

 

    

На подошве  условного фундамента

    σ_zq3 = σ_zq2 + γ_sb2·9,1 = 29,82 + 8,78·9,1 = 109,72кПа

    0,2 σ_zq3 = 21,94кПа

На подошве  второго слоя

    σ_zq4 = σ_zq3 + γ_sb2·1,0 = 109,72 + 8,78·1,0 = 118,50кПа

    0,2 σ_zq4 = 23,7кПа

На подошве  третьего слоя

    σ_zq5 = σ_zq4 + γ_sb3·8,6 = 118,50 + 10,67·8,6 = 210,26кПа

    0,2 σ_zq5 = 42,05кПа.

    Р_СР = 738,81 кПа.

    Р₀ = Р_СР – σ_zq5 = 738,81 – 109,72 = 629,09 кПа

    Разбиваем толщу грунта ниже подошвы фундамента на слои h_i ≤ 0,4b;

h_i ≤ 0,4x7,81 = 3,12 м, примем h_i  = 2 м < 3,12 м.

Соотношение сторон прямоугольного фундамента η = l/b = 11,26/7,81 = 1,44.

    Вычисления  сведем в таблицу 6.1. Осадку определим  по формуле (6.1) в пределах сжимаемой толщи, т.е. до точки пересечения эпюр s_Zip=0,2s_Zq. 

    Таблица 6.1 – К расчету осадки фундамента

 

        Для элементарных слоёв 2 и 3, находящихся на стыке геологических  пластов, вычислим средневзвешенное значение Е_i 

    

 МПа.

    S = 0 + 0,0217 + 0,0207 + 0,029 + 0,017 + 0,01 = 0,0984 м. 

    

 < S_u = 10см. 

    Следовательно, основное условие расчета по второй группе предельных состояний удовлетворяется.

    

    Рисунок 6.1 – Расчетная схема к определению  осадки

 

    

    7 Технологические  особенности по  устройству свайных  фундаментов 
 

    7.1 Выбор молота для погружения свай 
 

    В зависимости от грунтовых условий  и глубины погружения свай следует  принять наиболее рациональный способ погружения. Успешная забивка свай обеспечивается правильным выбором  типа и веса молота или вибропогружателя по отношению к весу, несущей способности и размером свай. Механизмы ударного действия следует выбирать по величине минимальной энергии по формуле 

                                                        E ³  a∙N_св                                                               (7.1) 

    где   Е – требуемая энергия удара  молота, Дж;

         N_св – расчётная нагрузка, передаваемая на сваю, кН;

             а – коэффициент, равный 25Дж/кН;

    В зависимости от требуемой величины энергии удара определяют сваебойный агрегат, характеристики которого приведены в таблице 4.2.

    Принятый  тип молота должен удовлетворять условию 

                                                            k ³ ,                                                    (7.2) 

    где G_n – полный вес молота, кН, таблица 4.2;

               q – масса сваи (включая массу наголовника и подбабка), кН;

               Е_d – расчётное значение энергии удара, кДж, определяемое по таблице 4.3

    Молот считается пригодным, если значение k по таблице 4.1 будет превышать значения, вычисленные по формуле (7.2).

    Решение

    Молот подбираем по величине минимальной  энергии:

    Е ³ 25∙1,75∙Р_св = 25Дж/кН∙1,75∙806,83кН = 35298,81Дж;

    Р_св = 806,83кН – расчётная нагрузка на сваю.

    В зависимости от требуемой величины удара определяют сваебойный агрегат, характеристики которого приведены  в таблице 4.2, принимаем трубчатый молот с водяным охлаждением С-1047А с Е = 42,7 кДж.

    Проверяем условие k ³ ,

    где G_n = 36,0кН – масса молота

q₁ = 32,34 кН – вес железобетонной сваи 0,35∙0,35∙11м;

q₂ = 1Кн - вес наголовника и подбабка;

E_d = 0,9∙G∙Н = 0,4∙25∙2,8 = 28кДж.

    Тогда имеем

 

    

    

. 

    Условие выполняется, значит, молот, годен для забивки свай в данном случае. 
 

    7.2 Определение проектного отказа  свай 
 

    Забивные  висячие сваи погружают не только до проектной отметки, но и до проектного отказа. При забивке свай длиной 25м определение остаточного отказа сваи S_a (при условии, что S_a ³ 0,002м)  возможно по формуле 

                           S_a = ,                                (7.3) 

    где  М – коэффициент, принимаемый  при забивке свай молотами ударного действия, равный I;

          h– коэффициент, принимаемый в зависимости от материала сваи: для железобетонных свай с наголовником 1500кН/м²; деревянных свай: с подбабком – 800кН/м²; без подбабка - 1000кН/м²;

         А – площадь поперечного  сечения сваи, м²;