Проектирование опор мостов

     Определяем  напряжения от собственного веса, лежащего выше грунта на границах выделенных слоёв  под центром тяжести подошвы фундамента: 

                              σ_zg=γ’·d_n+Σγ_i·h_i;                                                  (2.16)

где - удельный вес грунта i-го слоя (водопроницаемые грунты – с учётом гидростатического взвешивания), кН/м ; - толщина i-го слоя грунта, м; n – число слоёв.

      На  границе водоупора и ниже к  напряжениям  добавляем давление воды, равное = 122 кПа, где = 12,2 м - высота столба воды над кровлей водоупора от заданного уровня поверхности воды.

     По  вычисленным значениям  на рисунке 2.1 слева от вертикальной оси строим эпюру этих напряжений.

     Определяем  напряжения, дополнительные к природным, на тех же уровнях, по формуле:

                                   σ_zp=α·p_0;             (2.17) 

где - коэффициент рассеивания напряжений, принимаемый по приложению Д[2]. Результаты расчётов представлены в таблице 2.2. На рисунке 2.1 справа от вертикальной оси по вычисленным значениям строим эпюру дополнительных напряжений до той глубины, где: 

                                    σ_zp=0,2·σ_zg;                                                           (2.18) 

      Границу, где выполняется это условие, принимаем за нижнюю границу расчётной  зоны сжатия основания.

Таблица 2.2 Результаты вычисления дополнительных напряжений.

 

Рисунок 2.1  Схема к расчету осадки фундамента.

      Границу, где выполняется условие  , принимают за нижнюю границу расчетной зоны сжатия основания. Определим глубину их пересечения от подошвы фундамента:

H_а= 8,78м.

 

      Определяем  среднее в каждом i-м слое дополнительное напряжение по формуле: 

                        σ_zp,i=0,5·(σ’_zp,i+σ’’_zp,i);                 (2.19) 

где и - дополнительные напряжения по верхней и нижней границам i-го слоя.

      Определяем  осадки в (м) каждого выделенного слоя от давления по формуле: 

S_i=0,8·(σ_zp,i·h_i/E_i);                                     (2.20) 

где 0,8 – безразмерный коэффициент, - модуль деформации грунта в i-м слое, кПа. Результаты вычислений сводим в таблицу 2.3. 
 

Таблица 2.3 Порядок вычисления осадок выделенных слоёв. 

 

      После того, как вычислили осадку каждого  выделенного слоя, определим полную осадку основания по формуле:

       , (2.21)

где n – число слоёв в пределах сжимаемой толщи основания. Полная осадка равна:

S=(17,39+16,05+7,41+6,23+4,81)·10^-3=51,89·10^-3м

      Расчётная осадка не должна превосходить предельно  допустимую для данного сооружения осадку , которую для опор балочных разрезных мостов рекомендуется принимать равной:

       , (2.22)

где - длина меньшего пролёта, примыкающего к опоре, по заданию равна 88 м.

S_u=0,001·88=88·10^-3

 51,89·10^-3≤88·10^-3следовательно проверка выполняется. 
 

Вычисление  осадки основания фундамента сводим в таблицу 4.3. 
 

Таблица 2.4 Итоговая таблица вычисления осадки. 

 
 

      4.4.2 Проверка по отклонению  верха опоры. 

      Горизонтальное  перемещение верха опоры определяют по формуле:

             , (2.23)

где - горизонтальное перемещение опоры за счёт деформации изгиба тела опоры и фундамента, которое при жёсткой конструкции опоры и фундамента равно нулю; - высота опоры и фундамента; - угол поворота фундамента (крен), рад.

      Крен  прямоугольного фундамента определяется по формуле (3-е сочетание нагрузок):

       ; (2.24)

где - безразмерные коэффициенты, значения которых принимаем по табл. 1.4 [2] (отношение a/b=1,42, тогда k_b=0,416); - средние в пределах расчётной зоны сжатия основания значения коэффициента Пуассона и модуль деформации грунтов, определяемые по формулам:

       ; (2.25)

       , (2.26)

где - соответственно коэффициент Пуассона, модуль деформации и толщина i-го слоя; n – число слоёв, отличающихся значениями коэффициента Пуассона и модуля деформации в пределах сжимаемой толщи; a и b – стороны подошвы фундамента.

      Для супесей , для глин ν=0,42.В  результате вычислений получим:

 ν_m=0,3·(1,95+1,95)+0,42·(1,95+1,95+1,95)/1,95+1,95+1,95+1,95+1,95=0,372

E_m=12000·(1,95+1,95)+26000·(1,95+1,95+1,95)/(1.95+1.95+1.95+1.95+1.95)=20400кПа. 

      В итоге получим крен в плоскости моста:

                        ω_b=1 – 0,372²/(20400·10³) ·0,416·14631·10³/(11,68/2)³=0,0013

Тогда полное горизонтальное перемещение  верха опоры получается:

 u=(16,55+7,55) ·0,0013=0,031м. 

      Горизонтальное  смещение верха опоры моста ограничивается предельно допустимым его значением:

                        U_u=0,5·√L_o=0,5·√88=4,69см.

То есть должно выполняться условие:

0,031≤0,047

      Проверка  по отклонению верха опоры выполняется, следовательно расчет можно закончить.

      Переходим к расчёту свайного фундамента. 
 

3. Проектирование свайных фундаментов. 

   3.1 Назначение основных параметров фундамента. 

      Свайный фундамент характеризуется тремя  основными отметками: обреза фундамента OL, подошвы ростверка FL и нижних концов свай PL. Отметка обреза фундамента -0.750 м.

     При фиксированной отметке обреза фундамента отметка подошвы ростверка определяется его высотой h, по формуле:

     

       Примем минимальное значение  h_р=1.2м. Проектируемый фундамент - с высоким ростверком, так как подошва ростверка выше уровня размыва (рисунок 3.1). 

       Размеры плиты ростверка в  плане на уровне OL примем: b_p=b_о+1м; a_p=а_о+1м, где a_o=8,3м; b_o=3м; a_p=9,3м; b_p=4м.

     При проектировании свайного фундамента применим сваи мостовые, железобетонные, сплошного квадратного сечения, с ненапрягаемой арматурой. Длину свай назначаем так, чтобы их нижние концы были заглублены в достаточно прочный несущий слой основания на величину не менее 1м. Длина сваи в нашем случае получилась равной 12 м.

     Исходя  из выше сказанного, принимаем сваи СМ 12-35. 

     3.1.2 Определение несущей способности сваи. 

     Несущая способность по грунту на вдавливание  (кН) забивных висячих свай сплошного поперечного сечения определяется по формуле:

            , (3.1)

где - коэффициент условия работы сваи в грунтах; - коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи. R = 7380 кПа - расчётное сопротивление грунта (глина полутвердая) [табл.Ж1[2]]; А = 0,1225 м - площадь поперечного сечения сваи; U = 1,4 м – периметр поперечного сечения сваи; - расчётное сопротивление i-го слоя грунта по боковой поверхности сваи, определяемое по таблице Ж2 [2] (смотри таблицу 3.1); h_i – толщина i-го слоя грунта; n – число слоёв; Суммирование распространяется на все пройденные сваей слои грунта (с учётом размыва). Толщина слоя не должна превышать 2 м. Схема к расчёту представлена на рисунке 3.1.    
 
 
 

Рисунок 3.1 Схема к расчету свайного фундамента с высоким ростверком.