close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Kuznezov Osnovanija i fund09

код для вставкиСкачать
Федеральное агентство по образованию
Санкт-Петербургский государственный
архитектурно-строительный университет
Автомобильно-дорожный факультет
Кафедра геотехники
ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ.
ОПОРА МОСТА
Методические указания к выполнению курсового проекта
для студентов специальностей 270205 – автомобильные дороги
и аэродромы и 270201 – мосты и транспортные тоннели
Санкт-Петербург
2009
1
УДК 624.15
Рецензент канд. техн. наук, доцент А. А. Ананьев (СПбГАСУ)
1. Общие положения
Основания и фундаменты. Опора моста: методические указания к выполнению курсового проекта для студентов специальностей 270205 – автомобильные
дороги и аэродромы и 270201 – мосты и транспортные тоннели / сост. А. В. Кузнецов;
СПбГАСУ. – СПб., 2009. – 44 с.
Приводится задание и изложены рекомендации по выполнению курсового проекта фундамента промежуточной опоры мостового перехода.
Табл. 4. Ил. 4. Библиогр.: 7 назв.
” Санкт-Петербургский государственный
архитектурно-строительный университет, 2009
2
Методические указания посвящены вопросам проектирования фундамента
мелкого заложения и свайного фундамента из висячих забивных призматических
свай на основе оценки инженерно-геологических условий строительной площадки. Указания разработаны для выполнения курсового проекта «Фундамент промежуточной опоры моста», который выполняется студентами специальностей
«Автомобильные дороги и аэродромы» и «Мосты и транспортные тоннели»
в процессе изучения дисциплины «Основания и фундаменты».
По заданию (табл. 1-2) требуется запроектировать фундамент для промежуточной опоры (быка) балочного автодорожного путепровода.
При выполнении курсового проекта рассматриваются 2-3 варианта фундамента. Обязательными являются вариант фундамента мелкого заложения и вариант фундамента из забивных призматических свай. Другие варианты выбираются
в зависимости от особенностей инженерно-геологических условий строительной
площадки, конструктивных особенностей и размеров опоры моста, величины
нагрузок, действующих на фундамент. В качестве варианта может быть рассмотрен фундамент из свай-оболочек или фундамент в виде опускного колодца.
Расчет обязательных вариантов фундаментов производится по двум группам предельных состояний: по несущей способности и по деформациям.
Курсовой проект состоит из пояснительной записки и графической части.
В пояснительной записке приводятся все необходимые обоснования по каждому основному варианту фундамента, эскизы, расчетные схемы с необходимыми размерами и привязками. Расчеты сопровождаются текстовыми пояснениями
и формулами. Записка пишется на стандартных листах бумаги формата А4. Страницы нумеруются. Объем пояснительной записки 35–40 листов.
Графическая часть выполняется на листе формата А2, на котором должны
быть представлены разрез и план фундамента с привязкой к геологическому разрезу площадки, а также исходные данные. Примеры компоновки листа графической части приведены в приложении.
Задача студента – научиться использовать нормативную и справочную литературу. Это достигается тем, что в методических указаниях не приводятся
многие табличные показатели, а лишь даются ссылки на источники, приведенные далее.
Защита курсового проекта состоит в ответах на вопросы руководителя проекта с целью выяснения глубины и полноты проработки студентом предъявленных материалов.
Оценка курсового проекта производится руководителем с учетом содержания, оформления проекта и его защиты.
3
Литература, которая может пригодиться при разработке и защите
курсового проекта
1. Бронин, В. Н. Проектирование свайных фундаментов: учебное пособие /
В. Н. Бронин, А. В. Голли; СПбГАСУ. – СПб., 1992.
На очень хорошем уровне в пособии совместно с указаниями дается
пример проектирования фундамента мостовой опоры как на забивных сваях, так
и на сваях-оболочках. Приводится расчет свайного фундамента с высоким ростверком.
2. СНиП 2.05.03–84*. Мосты и трубы.
Нормативный документ, где в п. 7 (Основания и фундаменты) можно найти
расчет фундаментов мостовых опор мелкого заложения, допустимые деформации фундаментов и особенности расчета свайных фундаментов. При этом необходимо пользоваться следующими приложениями:
приложением 24 (определение расчетного сопротивления грунта под фундаментом мостовой опоры с таблицами условного сопротивления различных грунтов);
приложением 25* (методика проверки несущей способности по грунту фундамента из свай);
приложением 26 (методика проверки несущей способности подстилающего слоя грунта).
Рекомендуется просмотреть весь документ, обратив внимание на П. 1.31*
(величина коэффициента размыва) и П. 1.40-1.41 (коэффициенты устойчивости).
3. СП 50-102–2003. Проектирование и устройство свайных фундаментов.
Нормативный документ, в котором можно найти,: как рассчитать несущую
способность сваи, как определить перемещения ростверка и как определить осадку
фундамента.
4. СП 50-101–2004. Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений.
Нормативный документ, в котором можно найти методику определения осадки фундамента.
5. Глотов, Н. М. Основания и фундаменты мостов: справочник / Н. М. Глотов, Г. П. Соловьев, И. С. Файнштейн. – М.: Транспорт, 1990.
Справочник содержит краткие сведения о грунтах и может быть использован при анализе инженерно-геологических условий участка. В нем приведены
основные данные, необходимые для выбора рационального типа фундаментов,
конструирования и расчета широко применяемых фундаментов мелкого заложения, фундаментов из свай, оболочек опускных колодцев. Изложены сведения, необходимые для проектирования технологии производства работ по сооружению
таких фундаментов в разных грунтах.
6. Руководство по проектированию свайных фундаментов / НИИОСП
им. Н. М. Герсеванова Госстроя СССР. – М.: Стройиздат, 1980.
4
Содержит материалы, разъясняющие нормативы и требования, изложенные
в СП 50-102–2003. Даны рекомендации по проектированию, расчету и конструированию свайных фундаментов. Приведены примеры расчета.
7. Глотов, Н. М. Основания и фундаменты / Н. М. Глотов, А. П. Рыженко,
Г. С. Шапиро. – М.: Стройиздат, 1987.
Книга является кратким учебником по курсу «Основания и фундаменты»
в техникумах транспортного строительства. В ней даны основы расчета фундаментов транспортных сооружений и технология их устройства.
В тексте настоящих методических указаний ссылка на источники приведена в квадратных скобках ([ ]).
5
2. Варианты заданий на проектирование
Окончание табл. 1
L1
6
24
28
9
34
18
9
18
24
12
28
12
12
22
24
9
24
12
6
24
28
9
34
18
9
18
24
12
28
12
12
L2
18
24
28
21
34
30
18
22
28
21
28
28
18
22
24
18
24
30
18
24
28
21
34
30
18
22
28
21
28
28
18
Аоп
6
6
12
12
15
15
6
6
12
12
15
15
6
6
12
12
15
15
6
6
12
12
15
15
6
6
12
12
15
15
6
Bоп
1,8
1,5
1,5
1,7
2,5
2,5
1,8
1,5
1,5
1,7
2,5
2,5
1,8
1,5
1,5
1,7
2,5
2,5
1,8
1,5
1,5
1,7
2,5
2,5
1,8
1,5
1,5
1,7
2,5
2,5
1,8
H
8,5
7,6
9,5
11,5
12,0
8,0
10,5
14,5
8,5
12,5
13,5
8,5
6,5
7,5
9,5
15,0
6,8
8,5
10,0
12,5
6,5
11,5
14,0
12,5
8,5
6,3
7,8
8,1
7,6
9,5
6,5
h
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
6
а
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
N1
283
1124
1353
432
1796
877
432
877
1124
576
1353
576
576
968
1124
432
1124
576
283
1124
1353
432
1796
877
432
877
1124
576
1353
576
576
N2
877
1124
1353
968
1796
1225
877
968
1353
968
1353
1225
877
968
1124
877
1124
1225
877
1124
1353
968
1796
1225
877
968
1353
968
1353
1225
877
N3
200
149
293
402
982
514
247
285
262
437
110
546
153
147
293
525
556
546
236
245
201
402
114
804
200
124
241
283
622
611
153
S1
14
13
32
39
50
60
18
24
29
42
57
64
11
13
32
50
29
64
17
21
22
39
59
94
14
11
26
27
32
71
11
S2
71
64
160
193
252
300
88
122
143
210
284
319
55
63
160
252
143
319
84
105
109
193
294
469
71
53
131
136
160
356
55
5
8
6
9
3
10
4
7
5
1
2
11
6
5
4
10
1
9
13
10
14
2
4
7
7
9
2
11
12
3
9
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
Геометрические размеры, м
L1
22
24
9
24
12
6
24
28
9
34
18
9
18
24
12
28
12
L2
22
24
18
24
30
18
24
28
21
34
30
18
22
28
21
28
28
Аоп
6
12
12
15
15
6
6
12
12
15
15
6
6
12
12
15
15
Bоп
1,5
1,5
1,7
2,5
2,5
1,8
1,5
1,5
1,7
2,5
2,5
1,8
1,5
1,5
1,7
2,5
2,5
H
8,5
4,5
12,5
10,5
8,5
11,0
7,5
13,5
8,6
7,4
5,6
8,2
8,0
9,5
6,5
5,8
8,5
h
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
7
Нормативные усилия, кН
а
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
N1
968
1124
432
1124
576
283
1124
1353
432
1796
877
432
877
1124
576
1353
576
N2
968
1124
877
1796
1225
877
1124
1353
968
1796
1225
877
968
1353
968
1353
1225
N3
167
139
437
859
546
259
147
417
301
605
360
193
157
293
227
475
546
S1
14
15
42
44
64
18
13
45
29
31
42
14
13
32
22
24
64
S2
71
76
210
221
319
92
63
227
144
155
210
69
67
160
109
122
319
Номер варианта
геологических
условий
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
1
Нормативные усилия, кН
Номер мостовой
схемы
Номер мостовой
схемы
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
Геометрические размеры, м
Номер варианта
геологических
условий
Номер варианта
Размеры опоры и нагрузки
Номер варианта
Таблица 1
6
11
12
7
8
10
13
7
3
11
1
3
4
9
7
13
2
Таблица 2
Продолжение табл. 2
Варианты геологических условий
Вид
грунта
Песок
крупный
Супесь
Глина
Вариант 1
Отметка
Характеристики
подошвы
грунта
слоя
Us = 2,63 т/м3
U = 1,96 т/м3
Е=29,9 МПа
W = 0,25
MII= 36q
– 6,00
с = 0 кПа
Us = 2,73 т/м3
U = 1,89 т/м3
Е= 15,1 МПа
WL = 0,22
WP = 0,17
W = 0,19
MII = 22q
с = 13 кПа
– 9,00
Us = 2,78 т/м3
U = 1,99 т/м3
Е= 24,7МПа
WL = 0,44
WP = 0,21
W = 0,26
MII = 18q
с = 56 кПа
Вид
грунта
Песок
мелкий
Супесь
Глина
8
Вариант 2
Отметка
Характеристики
подошвы
грунта
слоя
Us = 2,59 т/м3
U = 2,04 т/м3
Е= 20,0 МПа
W = 0,20
MII = 36q
– 4,00
с = 3 кПа
Us = 2,69 т/м3
U = 1,79 т/м3
Е = 14,4 МПа
WL = 0,25
WP = 0,20
W = 0,22
MII = 17q
с = 9 кПа
– 7,00
Us = 2,77 т/м3;
U = 1,98 т/м3
Е= 22,6 МПа
WL = 0,42
WP = 0,24
W = 0,29
MII = 18q
с = 52 кПа
Вид
грунта
Песок
средней
крупности
Суглинок
Глина
Вариант 3
Отметка
Характеристики
подошвы
грунта
слоя
Us = 2,63 т/м3
U = 1,88 т/м3
Е = 31,5 МПа
W = 0,18
MII = 35q
– 6,50
с = 1 кПа
Us = 2,77 т/м3
U = 1,98 т/м3
Е = 8,7 МПа
WL = 0,38
WP = 0,26
W = 0,33
MII = 13q
с = 14 кПа
– 10,00
Us = 2,77 т/м3
U = 2,17 т/м3
Е = 30,8 МПа
WL = 0,42
WP = 0,166
W = 0,18
MII = 26q
с = 52 кПа
Вид
грунта
Песок
пылеватый
Суглинок
Глина
9
Вариант 4
Отметка
Характеристики
подошвы
грунта
слоя
Us = 2,71 т/м3
U = 1,89 т/м3
Е = 13,4 МПа
W = 0,32
MII = 24q
– 8,00
с = 2 кПа
Us = 2,77 т/м3
U = 1,98 т/м3
Е = 14,7 МПа
WL = 0,36
WP = 0,26
W = 0,28
MII = 20q
с = 22 кПа
– 12,00
Us = 2,78 т/м3
U = 1,99 т/м3
Е = 24,8 МПа
WL = 0,44
WP = 0,17
W = 0,24
MII = 19q
с = 50 кПа
Продолжение табл. 2
Вид
грунта
Песок
средней
крупности
Торф
Суглинок
Глина
Вариант 5
Отметка
Характеристики
подошвы
грунта
слоя
Us = 2,63 т/м3
U = 1,88 т/м3
Е = 20,6 МПа
W = 0,18
MII = 35q
с = 1 кПа
– 6,50
Us = 1,67 т/м3
U = 0,92 т/м3
Е(30) = 0,1 МПа
Е(80) = 0,15 МПа
W = 7,1
MII = 10q
– 6,00
с = 14 кПа
Us = 2,77 т/м3
U = 1,98 т/м3
Е = 13,6 МПа
WL = 0,37
WP = 0,24
W = 0,33
MII = 13q
с = 14 кПа
– 10,00
Us = 2,77 т/м3
U = 2,17 т/м3
Е = 20,1 МПа
WL = 0,42
WP = 0,17
W = 0,18
MII = 17q
с = 48 кПа
Вид
грунта
Песок
пылеватый
Торф
Суглинок
Глина
10
Вариант 6
Отметка
Характеристики
подошвы
грунта
слоя
Us = 2,71 т/м3
U = 1,89 т/м3
Е = 14,5 МПа
W = 0,32
MII = 24q
– 5,00
с = 2 кПа
Us = 2,0 т/м3
U = 1,06 т/м3
Е(30) = 0,13 МПа
Е(80) = 0,18МПа
W = 3,5
MII = 14q
– 7,00
с = 14 кПа
Us = 2,72 т/м3
U = 1,89 т/м3
Е = 14,7 МПа
WL = 0,37
WP = 0,24
W = 0,28
MII = 18q
с = 20 кПа
– 12,00
Us = 2,78 т/м3
U = 1,99 т/м3
Е = 27,8 МПа
WL = 0,44
WP = 0,17
W = 0,24
MII = 19q
с = 50 кПа
Продолжение табл. 2
Вид
грунта
Супесь
Песок
мелкий
Суглинок
Вариант 7
Характеристики
Отметка
грунта
подошвы
слоя
Us = 2,69 т/м3
U = 1,69 т/м3
Е = 13,8 МПа
WL = 0,14
WP = 0,08
W = 0,11
MII = 20q
с = 12 кПа
– 5,50
Us = 2,59 т/м3
U = 1,84 т/м3
Е = 26,7 МПа
W = 0,20
MII = 32q
с = 2 кПа
– 9,00
Us = 2,72 т/м3
U = 2,00 т/м3
Е = 26,8 МПа
WL = 0,35
WP = 0,24
W = 0,25
MII = 17q
с = 24 кПа
Вид
грунта
Супесь
Песок
крупный
Суглинок
11
Вариант 8
Характеристики
Отметка
грунта
подошвы
слоя
Us = 2,69 т/м3
U = 1,69 т/м3
Е = 13,3 МПа
WL = 0,14
WP = 0,08
W = 0,13
MII = 18q
– 4,00
с = 14 кПа
Us = 263 т/м3
U = 1,96 т/м3
Е = 32,8 МПа
W = 0,25
MII = 32q
с = 0 кПа
– 8,00
Us = 2,72 т/м3
U = 2,00 т/м3
Е = 26,8 МПа
WL = 0,35
WP = 0,24
W = 0,25
MII = 17q
с = 24 кПа
Продолжение табл. 2
Вид
грунта
Супесь
Песок
крупный
Суглинок
Глина
Вариант 9
Отметка
Характеристики
подошвы
грунта
слоя
Us = 2,69 т/м3
U = 1,69 т/м3
Е = 20,0 МПа
WL = 0,14
WP = 0,08
W = 0,12
MII = 20q
с = 12 кПа
– 3,00
Us = 2,63 т/м3
U = 1,96 т/м3
Е = 34,4 МПа
W = 0,25
MII = 32q
с = 0 кПа
– 4,00
Us = 2,72 т/м3
U = 1,89 т/м3
Е = 20,9 МПа
WL = 0,37
WP = 0,24
W = 0,26
MII = 22q
с = 22 кПа
– 12,00
Us = 2,78 т/м3
U = 1,99 т/м3
Е= 27,8 МПа
WL = 0,44
WP = 0,17
W = 0,24
MII = 18q
с = 48 кПа
Вид
грунта
Супесь
Песок
мелкий
Суглинок
Глина
12
Вариант 10
Отметка
Характеристики
подошвы
грунта
слоя
Us = 2,69 т/м3
U = 1,69 т/м3
Е = 20,0 МПа
WL = 0,14
WP = 0,08
W = 0,12
MII = 20q
– 6,00
с = 12 кПа
Us = 2,59 т/м3
U = 1,70 т/м3
Е = 23,6 МПа
W = 0,18
MII = 30q
– 10,00
с = 0 кПа
Us = 2,72 т/м3
U = 1,89 т/м3
Е = 20 МПа
WL = 0,37
WP = 0,24
W = 0,26
MII = 22q
– 16,00
с = 22 кПа
Us = 2,78 т/м3
U = 1,99 т/м3
Е= 27,8 МПа
WL = 0,44
WP = 0,17
W = 0,24
MII = 18q
с = 48 кПа
Продолжение табл. 2
Вид
грунта
Супесь
Песок
мелкий
Суглинок
Вариант 11
Отметка
Характеристики
подошвы
грунта
слоя
Us = 2,76 т/м3
U = 1,81 т/м3
Е = 15,1 МПа
WL = 0,16
WP = 0,13
W = 0,14
MII = 22q
с = 14 кПа
– 6,50
Us = 2,65 т/м3
U = 1,86 т/м3
W = 0,25
Е = 23,3 МПа
MII = 32q
с = 1 кПа
– 9,00
Us = 2,80 т/м3
U = 2,05 т/м3
Е = 12,3 МПа
WL = 0,30
WP = 0,17
W = 0,24
MII = 14q
с = 16 кПа
Вид
грунта
Супесь
Песок
крупный
Суглинок
13
Вариант 12
Отметка
Характеристики
подошвы
грунта
слоя
Us = 2,70 т/м3
U = 1,81 т/м3
Е = 14,7 МПа
WL = 0,16
WP = 0,13
W = 0,14
MII = 22q
– 5,00
с = 14 кПа
Us = 2,65 т/м3
U = 1,86 т/м3
W = 0,25
Е = 23,3 МПа
MII = 36q
с = 0 кПа
– 6,00
Us = 2,80 т/м3
U = 1,84 т/м3
Е = 12,3МПа
WL = 0,36
WP = 0,21
W = 0,23
MII = 20q
с = 19 кПа
Глина
Суглинок
Глина
14
Схема 2
Суглинок
Вид
грунта
Окончание табл. 2
Вариант 14
Отметка
Характеристики
подошвы
грунта
слоя
Us = 2,73 т/м3;
U = 1,75 т/м3
Е = 11,15 МПа
WL = 0,31
WP = 0,15
W = 0,18
MII = 18q
– 7,00
с = 20 кПа
Us = 2,75 т/м3
U = 1,91 т/м3
Е = 14,6 МПа
WL = 0,51
WP = 0,32
W = 0,34
MII = 15q
с = 42 кПа
Схема 1
Вид
грунта
Вариант 13
Отметка
Характеристики
подошвы
грунта
слоя
Us = 2,75 т/м3
U = 1,87 т/м3
Е = 9,17 МПа
WL = 0,36
WP = 0,26
W = 0,36
MII = 11q
– 6,50
с = 13 кПа
Us = 2,76 т/м3
U = 1,89 т/м3
Е = 13,9 МПа
WL = 0,48
WP = 0,24
W = 0,30
MII = 16q
с = 41 кПа
15
16
17
Схема 6
Схема 5
Схема 4
Схема 3
3. Оценка инженерно-геологических условий
По данным геологических изысканий приведены (см. табл. 2) геологические разрезы. Согласно варианту задания необходимо вычислить следующие физико-механические характеристики грунта:
удельный вес грунта
JII = U  g,
(1)
где g = 9,8 м/c2 – ускорение свободного падения; U – плотность грунта;
удельный вес твердых частиц грунта
Js = Us  g,
(3)
(4)
(5)
где WL – влажность на границе текучести; WP – влажность на границе пластичности
показатель текучести
IL = (W – WP) / (WL – WP).
(6)
Вес грунта с учетом взвешивающего действия воды определяется по формуле
Jsw = g˜(Us – Uw) / (1 + e) .
(7)
В задании приведены нормативные значения механических характеристик
(MII и сII). Расчетные значения грунта для расчетов по I предельному состоянию
определяются путем ввода коэффициента надежности.
Нагрузки и воздействия при расчетах фундаментов определяются
по СНиП 2.05.03–84* [2].
В табл. 1 согласно варианту уже даны следующие нормативные нагрузки:
N1 – усилие с левого пролета;
N2 – усилие с правого пролета;
N3 – вес опоры;
S1 – горизонтальное усилие, действующее вдоль моста;
S2 – горизонтальное усилие, действующее поперек моста (ветер, лед).
В табл. 1 приведены значения геометрических параметров, которые указаны на схемах мостов:
Н – высота опоры до цоколя;
h – высота цокольной части;
а – эксцентриситет приложения нагрузки с пролета относительно центральной оси опоры.
Для расчета фундамента по деформациям (осадка опоры, расчетное сопротивление грунта) используются нормативные нагрузки.
Суммарное нормативное значение вертикальной нагрузки
¦No,II = N1 + N2 + N3 .
(9)
Моменты, возникающие по обрезу фундамента от приведенных усилий,
определяются так:
момент от эксцентриситета
М1,II = (N1 – N2) ˜ a ;
18
(8)
4. Оценка величины нагрузок на фундамент опоры
число пластичности
IP = WL – WP ,
MI
J II
½
;
°
1,1
°
M II
°
для песков ;
°
1,1
°
¾
M II
для глинистых ;°
°
1,15
°
с II
°
;
°¿
1,5
(2)
степень влажности грунта
Sr = (W ˜ Us) / e ;
MI
сI
где Us – плотность твердых частиц грунта;
коэффициент пористости грунта
e = (Us / U)˜(1 + W) – 1;
JI
19
(10)
момент от горизонтального усилия вдоль пролета
М2,II = S1 ˜ (H + h);
(11)
момент от горизонтального усилия поперек пролета
М3,II = S1 ˜ h ;
(12)
суммарный момент вдоль пролета
Мx,II = М1,II + М2,II ;
(13)
суммарный момент поперек пролета
Мy,II = М3,II .
(14)
Для расчета фундамента по несущей способности (несущая способность
сваи, устойчивость опоры от сдвига и опрокидывания) используются расчетные
усилия. Для перехода от нормативных нагрузок к расчетным нагрузкам I группы
предельных состояний допускается использовать усредненный коэффициент
надежности по нагрузке Jf = 1,2.
¦No,I = Jf ˜ ¦No,II Мx,I = f ˜ Мx,II Мy,I = Jf ˜ Мy,II .
(15)
5. Проектирование фундамента на естественном основании
5.1. Выбор глубины заложения
жна быть больше расчетной глубины промерзания на 0,25 м. Расчетная глубина
промерзания грунтов определяется согласно [4, п. 12.2].
Фундаменты опор мостов недопустимо опирать на просадочные и заторфованные грунты, а также на глины и суглинки с показателем текучести IL > 0,5.
Такие грунты необходимо проходить, опирая подошву фундаментов на нижерасположенные более прочные грунты с залеганием в них подошвы фундамента.
В непучинистых грунтах, кроме скальных, глубина заложения фундаментов должна быть не менее 1 м, считая от дневной поверхности грунта или дна
водотока. В скальные породы фундамент заглубляют в прочные слои, способные
воспринимать давления от сооружения, не менее чем на 0,1 м. При возможности
размыва фундаменты должны быть заглублены ниже дна реки после размыва
у данной опоры не менее чем на 2,5 м.
Обрез фундаментов на поймах рек располагают на уровне дневной поверхности грунта (после размыва), а в руслах рек – на 0,5 м ниже низкого уровня
меженных вод и не выше нижней поверхности льда в реке плюс 0,25 м; в судоходных пролетах должны быть обеспечены глубины для прохода судов около опор.
В несущий слой грунта подошва фундамента должна быть заглублена
не менее чем на 0,5 м. Для опор, возводимых на суше, обрез фундамента назначают на 0,2–0,4 м ниже поверхности грунта.
5.2. Определение размеров фундамента мелкого заложения
Размеры фундамента в уровне его подошвы определяют в зависимости от
величины передаваемых нагрузок и физико-механических свойств грунта основания.
После назначения глубины заложения подошвы фундамента и отметки его
обреза конструктивную площадь фундамента определяют по формуле
Aк = Ап ˜ Bп = (А + 2hф ˜ tg D) ˜ (B + 2hф ˜ tg D),
(16)
При выборе глубины заложения фундаментов решается вопрос о несущем
слое грунта и типе основания. На выбор глубины заложения фундаментов влияют
три фактора: инженерно-геологические условия площадки; климатические особенности местности и их воздействие на верхние слои грунта; конструктивные
особенности сооружения.
Конструкция фундамента мелкого заложения определяется главным образом глубиной его заложения и размерами в уровне обреза и подошвы.
Глубину заложения назначают с учетом гидрогеологических условий. Наименьшая глубина заложения зависит от глубины промерзания грунтов и их размыва поверхностными водами.
В пучинистых грунтах, к которым относятся все грунты, кроме скальных,
крупнообломочных с песчаным заполнением, песков гравелистых, крупных и средней крупности, глубина заложения фундаментов искусственных сооружений дол-
где А и B – длина и ширина опоры по обрезу фундамента, м; Ап и Bп – длина
и ширина подошвы фундамента, м; hф – высота фундамента, м; D – угол развития
фундамента.
Чтобы в теле фундамента возникали преимущественно сжимающие
напряжения, угол D принимают в пределах 30–35q.
Фундаменты под массивные опоры мостов обычно сооружают ступенчатыми.
В ступенчатых фундаментах высоту ступени hст принимают в пределах 0,7–2,5 м,
ширину ступени bст – в пределах 0,4–1,0 м.
Класс бетона для монолитных фундаментов не ниже В20, для сборных – В25,
при этом используется гидротехнический бетон.
Задавшись высотами ступеней фундамента hст так, чтобы в высоте фундамента hф
укладывалось целое число ступеней (высота ступени может быть одинаковой или
различной), можно определить ширину каждой ступени по формуле
20
21
bст = hст ˜ tg D .
(17)
Количество ступеней в фундаменте принимается равным 2–4. Окончательно размеры площади подошвы фундамента мелкого заложения можно определить по формулам
Ап
n
А 2¦ bст,i ,
1
Bп
n
B 2¦ bст,i ,
1
(18)
где n – число ступеней в фундаменте; b ст,i – фактическая ширина ступени
фундамента (с учетом ее округления кратно 100 мм).
Полученная для данного сооружения площадь подошвы фундамента мостовой опоры должна быть проверена расчетом. Площадь подошвы фундамента,
необходимую по расчету, определяют по формуле центрального сжатия, исходя
из условия обеспечения несущей способности основания под подошвой фундамента:
P d R / Jn,
(19)
где P – среднее давление подошвы фундамента на основание, кПа; R – расчетное
сопротивление основания осевому сжатию, кПа; Jn = 1,4 – коэффициент надежности
по назначению сооружения.
Для предварительной оценки размера фундамента принимают P = R / Jn.
Площадь подошвы фундамента, необходимую по расчету при назначенной
глубине заложения и найденному значению R, уточняют по формуле
Aр = ¦No,I / (P – Jm ˜ df + Jw ˜ hw),
(20)
R = 1,7 ˜ {R0 ˜ [1 + k1 ˜ (Bп – 2)] + k2 ˜ J ˜ (df – 3)},
(21)
где R0 – условное сопротивление грунта, кПа, принимаемое по табл. 1–3 из прил. 24 >2@;
Bп – ширина (меньшая сторона или диаметр) подошвы фундамента, м; при ширине
более 6 м принимается 6 м; df – глубина заложения подошвы фундамента, м;
J – усредненное по слоям расчетное значение удельного веса грунта, расположенного выше подошвы фундамента, вычисленное без учета взвешивающего
действия воды; допускается принимать J = 20 кН/м3; k1 , k2 – коэффициенты,
принимаемые по табл. 4 из прил. 24 >2@.
Величину условного сопротивления R0 для твердых супесей, суглинков
и глин определяют по формуле
R0 = 1,5 ˜ Rnc,
(22)
но для супесей принимают не более 1000 кПа; для суглинков – 2000 кПа; для глин –
3000 кПа, где Rnc – предел прочности на одноосное сжатие образцов глинистого
грунта природной влажности.
Расчетное сопротивление осевому сжатию основания из невыветренных
скальных грунтов R, кПа (тс/м2), определяют по формуле
R = Rc / Jg ,
(23)
где Jg = 1,4 – коэффициент надежности по грунту; Rc – предел прочности
на одноосное сжатие образцов скального грунта, кПа.
Расчетное сопротивление осевому сжатию основания для слабовыветренных
и выветренных скальных грунтов (формула (23)) принимают с понижающим
коэффициентом, равным соответственно 0,6 и 0,3.
При определении расчетного сопротивления оснований из нескальных грунтов по формуле (21) заглубление фундамента мелкого заложения для промежуточных опор мостов рассчитывают от поверхности грунта у опоры на уровне срезки
в пределах контура фундамента, а в русле рек – от дна водотока у опоры после
понижения его уровня на глубину общего и половину местного размыва грунта
при расчетном расходе.
После определения Aр по формуле (20) сравниваем ее с конструктивной
площадью Aк, найденной по формуле (16).
Должно выполняться условие
где ¦No,I – наибольшее значение расчетной внешней нагрузки на фундамент,
учитывающее вес пролетных строений, опоры и подферменника, кН; Jm = 20 кН/м3 –
усредненный вес фундамента и грунта на его уступах; df – глубина заложения
подошвы фундамента, м; J w = 10 кН/м 3 – удельный вес грунтовой воды;
hw – превышение уровня грунтовых вод над подошвой фундамента, м.
Величина Jw ˜ h w учитывает гидростатическое давление грунтовой воды
на фундамент. Если горизонт грунтовых вод расположен ниже подошвы
фундамента, то hw = 0. Гидростатическое давление грунтовых вод не учитывается,
если фундамент заглублен в водонепроницаемый грунт.
Наряду с вертикальными нагрузками на фундамент действуют изгибающие
моменты и горизонтальные усилия, поэтому расчетную площадь, вычисленную
по формуле (20), рекомендуется дополнительно увеличить на 10–15 %.
Расчетное сопротивление основания из нескального грунта осевому сжатию
R, кПа (тс/м2), под подошвой фундамента мелкого заложения следует определять
по формуле
Если условие (24) не выполняется, то необходимо увеличить глубину
заложения подошвы фундамента, при новой высоте фундамента назначить размеры
ступеней и определить площадь его подошвы по формуле (16). Затем следует
22
23
[(Aр – Aк) / AР] ˜ 100 % d 10 % .
(24)
пересчитать расчетное сопротивление грунта R и найти расчетную площадь
подошвы фундамента. В большинстве случаев расчет приходится повторять дватри раза. Если же расчетная площадь, полученная по формуле (20), получилась
меньше конструктивной, то расчет продолжать не следует, и размеры фундамента
принимаются окончательно из расчета по формуле (16).
После того как выполнено условие (24), корректируют размеры ступеней
и определяют фактическую площадь фундамента.
5.3. Определение объема и веса фундамента
Определив все размеры фундамента, вычисляют его собственный вес
по формуле
Nф,II = Vф ˜ Jб, Nф,I = Jf ˜ Nф,II,
(25)
где Vф – объем фундамента; Jб = 24 кН/м3 – удельный вес бетона; Jf = 1,2 –
коэффициент надежности по нагрузке.
Если фундамент находится в зоне действия грунтовых вод, необходимо производить расчет веса фундамента с учетом взвешивающего действия воды.
Объем фундамента в зависимости от числа ступеней определяют по следующим формулам:
для двухступенчатого фундамента с одинаковыми размерами ступеней
Vф = [bп ˜ lп + (bп – 2bст) ˜ (lп – 2bст)] ˜ hст ;
Вес грунта определяют по формуле
Gгр,II = Vгр ˜ гр,
где bп , lп , df – соответственно ширина, длина подошвы фундамента и глубина
заложения подошвы фундамента, м; Vф – объем фундамента, м3; Aоп – площадь
опоры, расположенной ниже поверхности земли, м2; hф – высота фундамента, м.
Если обрез фундамента расположен выше поверхности земли, то последнее
слагаемое в формуле (31) не учитывают, а учитывают объем фундамента, расположенный ниже поверхности грунта.
5.5. Проверка несущей способности основания
под подошвой фундамента
(27)
При проектировании внецентренно нагруженных фундаментов принимают, что реактивное давление распределяется по подошве жестких фундаментов
по линейному закону, а его максимальное значение определяют по формуле
(28)
(29)
где bп и lп – ширина и длина подошвы фундамента, м; hст и bст – высота и ширина
ступени фундамента при одинаковых размерах ступени, м; hст,1, hст,2, hст,3, hст,4 –
высота ступеней фундамента (нумерация ступеней начинается от подошвы
фундамента), м; bст,1, bст,2, bст,3 – ширина ступеней фундамента, м.
24
¦NI
0
для трехступенчатого фундамента с различными размерами ступеней
Vф = bп ˜ lп ˜ hст,1 + (bп – 2bст,1) ˜ (lп – 2bст,1) ˜ hст,2 +
+ (bп – 2bст,1 – 2bст,2) ˜ (lп – 2bст,1 – 2bст,2) ˜ hст,3 ,
(30)
где Vгр – объем грунта, лежащего на ступенях фундамента, м3; Jгр – удельный вес
грунта, расположенного выше подошвы фундамента, кН/м3; если фундамент
заложен в нескольких грунтах, то принимается средний вес грунта; Jf = 1,2 –
коэффициент надежности по нагрузке.
Объем грунта
Vгр = bп ˜ lп ˜ df – Vф – Aоп ˜ (df – hф),
(31)
для двухступенчатого фундамента с различными размерами ступеней
Vф = bп ˜ lп ˜ hст,1 + (bп – 2bст,1) ˜ (lп – 2bст,1) ˜ hст,2 ;
Gгр,I = Jf ˜ Gгр,II ,
(26)
для трехступенчатого фундамента с одинаковыми размерами ступеней
Vф = [bп ˜ lп + (bп – 2bст) ˜ (lп – 2bст) + (bп – 4bст) ˜ (lп – 4bст)] ˜ hст ;
5.4. Определение объема и веса грунта, лежащего
на уступах фундамента
Pmax
N Ip N I ,гр
Aф
M Ix M Iу J c ˜ R
d
,
Wx
Wy
Jn
(32)
где Aф – площадь подошвы фундамента, м2; Mx, My – моменты относительно главных
центральных осей подошвы фундамента, кН ˜ м; Wx , Wy – моменты сопротивления
подошвы фундамента относительно главных осей, м3; Jc – коэффициент условий
работы, принимаемый равным 1,0, кроме следующих случаев, при которых следует
принимать Jc = 1,2:
1) фундамент опирается на скальный грунт;
2) фундамент опирается на нескальный грунт и его расчет производится
с учетом одной или нескольких нагрузок и воздействий от торможения, горизонтальных ударов подвижного состава, давлений ветра и льда, навала судов, изменения температуры;
25
Jn = 1,4 – коэффициент надежности по назначению сооружения; R – расчетное
сопротивление основания из нескальных или скальных грунтов осевому сжатию,
кПа, определяемое по формуле (21).
5.6. Проверка несущей способности подстилающего слоя грунта
Проверку несущей способности подстилающего слоя грунта производят
по формуле
R / Jn t J ˜ (d + zi) + D ˜ (P – J ˜ df),
(33)
где P – среднее давление на грунт, действующее под подошвой фундамента мелкого
заложения, кПа; J – среднее (по слоям) значение расчетного удельного веса над
кровлей проверяемого подстилающего слоя грунта; допускается принимать
J = 19,62 кН/м3; df – заглубление подошвы фундамента мелкого заложения
от расчетной поверхности грунта, м; zi – расстояние от подошвы фундамента
до поверхности проверяемого подстилающего слоя грунта, м; D – коэффициент,
принимаемый по табл. 5.6 >4@ или таблице приложения 26 >2@; R – расчетное
сопротивление подстилающего грунта, кПа, определяемое по формулам (21)–(22)
для глубины расположения кровли проверяемого слоя грунта; J n = 1,4 –
коэффициент надежности по назначению сооружения.
5.7. Проверка фундамента мелкого заложения на устойчивость
Mu d (m / Jn) ˜ Mz ,
(34)
где ¦No,I – суммарная внешняя нагрузка от веса пролетных строений, опоры,
фундамента и грунта, лежащего на его уступах; P – коэффициент трения фундамента по грунту.
При расчете фундаментов мелкого заложения на сдвиг по подошве необходимо принимать следующие значения коэффициентов трения P о поверхность:
суглинков и супесей................................................................... 0,30;
песков....................................................................................................
0,40;
гравийных и галечниковых грунтов...................................................
0,50;
скальных грунтов с неомыливающейся поверхностью....................
0,60.
где Mu – момент опрокидывающих сил относительно оси возможного поворота
(опрокидывания) конструкции, проходящей по крайним точкам опирания;
Mz – момент удерживающих сил относительно той же оси; m – коэффициент
условий работы, принимаемый при проверке фундаментов на нескальных
основаниях равным 0,8; Jn – коэффициент надежности по назначению, принимаемый равным 1,1 при расчете в стадии постоянной эксплуатации.
5.8. Определение осадки фундамента мелкого заложения
Для обеспечения нормальных условий эксплуатации мостов осадки их фундаментов не должны превышать значений, установленных в [2, 4] . Допускаемые
предельные смещения, см, не должны превышать:
2) разность полных осадок смежных опор – 0,75 L ;
3) горизонтальное смещение верха опоры – 0,5 L ,
где L – длина меньшего из примыкающих к опоре пролетов, но не менее 25 м.
Осадку фундамента S определяют от действия нормативных нагрузок. Конечная осадка основания S, м, с использованием расчетной схемы линейно деформируемого полупространства определяется согласно [4].
Расчет начинают с построения расчетной схемы (рис. 1), эпюры вертикальных напряжений и определения сжимаемой толщи грунта.
На геологическом разрезе наносится расчетное сечение фундамента, затем
от оси симметрии влево откладываются ординаты эпюры природных напряжений, вправо – дополнительные.
Вертикальное напряжение от собственного веса грунта Vzg на границе слоя,
расположенного на глубине z от подошвы фундамента, определяется по формуле
V zg
n
V zg ,0 ¦ J i ˜ hi ,
i 1
Устойчивость фундамента против сдвига следует проверять по формуле
Sr d (m / Jn) ˜ Sz,
26
(36)
1) полная равномерная осадка опоры – 1,5 L ;
При расчете фундаментов опор мостов на устойчивость против сдвига по
основанию сила Sr стремится сдвинуть фундамент, а сила его трения о грунт Qz
(по подошве фундамента) сопротивляется сдвигу.
Sz = P ˜ ¦No,I ,
где Sr – сдвигающая сила, равная сумме проекций сдвигающих сил на направление
возможного сдвига; Sz – удерживающая сила, равная сумме проекций удерживающих сил на направление возможного сдвига; m – коэффициент условий работы,
принимаемый равным 0,9; Jn – коэффициент надежности по назначению,
принимаемый равным 1,1 при расчете в стадии постоянной эксплуатации и 1,0 –
при расчетах в стадии строительства.
Расчет фундамента на опрокидывание производят по формуле
(35)
где Ji и hi – соответственно удельный вес и толщина i-го слоя грунта.
27
(37)
Дополнительные вертикальные напряжения на глубине z от подошвы
фундамента Vzp по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента,
определяются по формуле
Vzp = D ˜ P0 ,
(40)
где D – коэффициент, принимаемый по табл. 5.6 >4@ в зависимости от соотношения
сторон подошвы прямоугольного фундамента K = lп / bп и относительной глубины
9 = 2z / bп (bп – меньшая сторона подошвы фундамента); P0 = P – Vzg,0 (P – среднее
давление под подошвой фундамента от нормативной нагрузки, кПа) Vzg,0 = JII ˜ df
(JII – удельный вес грунта, кН/м3; df – глубина заложения подошвы фундамента, м).
Результаты вычислений приводим в табличной форме
z
2z / b
D
P0 = P – Vzg,0
Vzg,0
Vzp = D ˜ P0
Нижняя граница сжимаемой толщи основания принимается равной на
глубине z = Hc, где выполняется условие
Vzp = 0,2 ˜ zg ,
Рис. 1
Удельный вес грунтов, кН/м3, залегающих ниже уровня подземных вод,
но выше водоупорного слоя грунта, должен приниматься с учетом взвешивающего действия воды.
γ II, sb
γs γw
.
1 e
(38)
При определении Vzg по кровле водоупорного слоя грунта (все глины
и суглинки с IL < 0,5) следует добавлять давление воды, расположенной выше
рассматриваемой глубины слоя.
Vw
Jw ˜Hw ,
(39)
где Jw – удельный вес воды, принимаемый 9,8 кН/м3; Hw – высота столба воды,
равная разности отметок от уровня грунтовых вод (или горизонта меженных вод)
до кровли водоупора.
28
(41)
где Vzp – дополнительное вертикальное напряжение на глубине z = Hc по вертикали,
проходящей через центр подошвы фундамента; Vzg – вертикальные напряжения
от собственного веса грунта на глубине z = Hc по вертикали, проходящей через
центр подошвы фундамента.
Если найденная по указанному выше условию нижняя граница сжимаемой
толщи находится в слое грунта с модулем деформации E d 5 МПа или такой слой
залегает непосредственно ниже глубины z = Hc, нижняя граница сжимаемой толщи
определяется исходя из условия
Vzp = 0,1 ˜ Vzg .
(42)
Осадка вычисляется по формуле
n
E ˜ ¦ (V zp ,i ˜ hi )
i 1
Ei
S
,
(43)
где E – безразмерный коэффициент, равный 0,8; Vzp,i – среднее значение
дополнительного вертикального напряжения в i-м слое грунта, равное полусумме
указанных напряжений на верхней zi–1 и нижней zi границах слоя по вертикали,
проходящей через центр подошвы фундамента; hi и Ei – соответственно толщина
и модуль деформации i-го слоя грунта, причем hi d 0,4 ˜ bп (bп – меньшая сторона
подошвы фундамента); n – число слоев, на которые разбита сжимаемая толща.
29
Если в зоне сжимаемой толщи находится слой грунта с меньшим, чем
у верхних слоев, модулем деформации E, то производят проверку несущей способности подстилающего слоя грунта.
5.9. Проверка положения равнодействующей активных сил
в фундаменте мелкого заложения
Чтобы исключить появление растягивающих напряжений в подошве фундамента мелкого заложения при действии на него внецентренно приложенных
нагрузок, требуется производить проверку равнодействующей активных сил
по отношению к центру площади подошвы фундамента, характеризуемой относительным эксцентриситетом.
Эксцентриситет e0 и радиус ядра сечения r (у его подошвы) определяют
по формулам
e0x = Мx,I /¦No,I
e0y = Мy,I /¦No,I
r=W/A,
(44)
где M – момент сил, действующих относительно главной центральной оси подошвы
фундамента; N – равнодействующая вертикальных сил; W – момент сопротивления
подошвы фундамента для менее напряженного ребра; A – площадь подошвы
фундамента.
Наибольший относительный эксцентриситет в настоящем задании не должен
превышать e/r0 < 1.
6. Проектирование свайного фундамента
Расчет свайных фундаментов производится в такой последовательности:
а) определяются нагрузки на обрез фундамента и оцениваются инженерногеологические условия строительной площадки;
б) определяется глубина заложения ростверка;
в) выбираются вид, материал и размеры сваи;
г) определяется расчетная нагрузка, допускаемая на сваю из условия работы сваи по грунту и материалу;
д) определяется приближенно вес ростверка;
е) определяется количество свай в кусте;
ж) конструируется ростверк;
з) производится проверка свайного фундамента по I группе предельных состояний (прочности свай и ростверка, несущей способности и устойчивости грунта
основания);
и) выполняется расчет по II группе предельных состояний (определяются
осадка и горизонтальное смещение свайного фундамента).
30
6.1. Выбор варианта свайного фундамента
Расчет варианта сваи необходимо начинать с составления расчетной схемы,
где изображается геологический разрез (грунтовая колонка), с отметками границ
грунтовых слоев, отметкой линии размыва, уровня грунтовых вод (горизонта меженных вод). На геологическом разрезе размещается свая, указываются отметки
ее острия и подошвы ростверка. На основании анализа инженерно-геологических условий выбираются несущий слой, вид и размеры сваи.
К сваям-стойкам следует относить сваи всех видов, опирающиеся на скальные грунты, а забивные сваи, кроме того, на малосжимаемые грунты. Малосжимаемыми грунтами являются крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем средней плотности и плотным, а также глины твердой консистенции в водонасыщенном состоянии с модулем деформации Е і 50 МПа.
К висячим сваям следует относить сваи всех видов, опирающиеся на сжимаемые грунты и передающие нагрузку на грунты основания боковой поверхностью и нижним концом.
Глубина заложения ростверка назначается исходя из следующих факторов:
а) расчетной глубины промерзания грунта (для пучинистых грунтов);
б) размеров самого ростверка;
в) глубины размыва дна водотока;
г) отметки меженных вод;
д) отметки нижней кромки льда при низком ледоставе.
Рабочая высота ростверка h0 определяется из габаритов пирамиды продавливания от реакции сваи. В мостовых опорах высота ростверка обычно принимается конструктивно (п. 6.5).
6.2. Определение расчетной нагрузки на одиночную сваю
Одиночную сваю в составе фундамента и вне его по несущей способности
грунта основания следует рассчитывать исходя из условия
Nd
Fd
,
Jk
(45)
где N – расчетная нагрузка, передаваемая на сваю; Fd – несущая способность сваи,
определяемая в соответствии с формулами (46) и (47); J k – коэффициент
надежности, принимаемый равным 1,4 для фундаментов опор мостов при низком
ростверке, на висячих сваях и сваях-стойках, а при высоком ростверке – только
при сваях-стойках, воспринимающих сжимающую нагрузку независимо от числа
свай в фундаменте. При высоком или низком ростверке, подошва которого
опирается на сильносжимаемый грунт, и висячих сваях, воспринимающих
сжимающую нагрузку, а также при любом виде ростверка и висячих сваях и сваях31
стойках, воспринимающих выдергивающую нагрузку, Jk принимают в зависимости
от числа свай в фундаменте:
при 21 свае и более ........1,40;
от 11 до 20 свай ............. 1,55;
« 6 « 10 « .................1,65;
« 1 « 5 « ..................1,75.
Несущую способность Fd, кН, забивной сваи, сваи-оболочки, набивной
и буровой свай, опирающихся на скальный грунт, а также забивной сваи, опирающейся на малосжимаемый грунт, следует определять по формуле
Fd d γ c RA ,
(46)
где Jc – коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый равным 1;
R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи-стойки, кПа;
А – площадь опирания сваи на грунт, м2.
Несущую способность Fd, кН, висячей сваи следует определять как сумму
расчетных сопротивлений грунтов основания под нижним концом сваи и на ее
боковой поверхности по формуле
Fd
γ c ( γ cR RA u ¦ γ cf f i hi ) ,
6.3. Проверка несущей способности сваи по материалу
32
Исходя из найденной величины N и условия (конструктивного) размещения
свай в ростверке находятся:
1) условное давление под подошвой ростверка, кПа,
Pp
N
3d 2
,
(49)
где N определяется по формуле (45) d – сечение сваи, м;
2) площадь ростверка, м2,
¦NI
0
Ap
Pp γ f ˜ γ ср ˜ d p 2 ,
(50)
где ¦ N 0I – суммарная вертикальная расчетная нагрузка (15); Jf = 1,1 – коэффициент
надежности по нагрузке Jср = 22 кН/м3 – осредненный удельный вес материала
ростверка и грунта на обрезах dp – принятая глубина заложения ростверка;
3) приближенный вес ростверка, кН,
GI,c p
J f ˜ J ср ˜ d p ˜ Ap ;
(51)
4) количество свай, шт,
η ˜ (GI,c p ¦ N I )
0
,
(52)
N
где K – коэффициент, учитывающий действие момента, принимаемый в пределах
1,1–1,6, а в рамках данной работы K = 1,4.
n
Проверка выполняется только для свай стоек, основанием которых являются малосжимаемые и скальные грунты.
Несущая способность железобетонной сваи по материалу Fd, кН,
γ c ˜ M ˜ ( γ b ˜ Rb ˜ Ab Rs ˜ As ) ,
6.4. Определение размера ростверка и количества свай
(47)
где Jc – коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый равным 1;
R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, принимаемое по табл. 7.1 >3@;
A – площадь опирания сваи на грунт, м2;
u – наружный периметр поперечного сечения ствола сваи, м;
fi – расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа, принимаемое по табл. 7.2 >3@;
hi – толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью
сваи, м;
JcR и Jcf – коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним
концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения
сваи на расчетные сопротивления грунта, принимаемые равными 1.
Fd
где Jc – коэффициент условий работы(Jc = 1); M – коэффициент продольного изгиба,
учитываемый лишь для достаточно мощных слоев слабых грунтов (M = 1);
Jb – коэффициент условий работы бетона; Rb – призменная прочность бетона,
условно принимаемая для класса В20 равной 11,5 МПа; Ab – площадь поперечного
сечения бетона сваи; Rs – расчетное сопротивление арматуры сжатию, условно
принимаемое для класса AIII равным 365 МПа; As – площадь поперечного сечения
продольной арматуры.
(48)
33
На мелководье и суходоле более рационально устройство фундамента с низкими ростверками, а при глубине воды, превышающей 4 м, – фундамента с высокими свайными ростверками.
Глубина заложения подошвы низкого ростверка в русле водотока назначается ниже уровня местного размыва.
Подошва высокого свайного ростверка должна располагаться не менее чем
на 25 см глубже нижней кромки льда при низком ледоставе.
Обрез как высокого, так и низкого ростверков – располагаться не менее чем
на 50 см ниже горизонта меженных вод.
Когда ростверк частично заглублен в грунт, вид ростверка (высокий, низкий) может быть установлен по формуле
hmin t tg ( 45 M I / 2) ˜ S1 / bJ c ,
(53)
где hmin – глубина заложения подошвы ростверка, считая от линии размыва, м;
S1 – расчетная горизонтальная нагрузка; M1 – расчетный угол внутреннего трения
грунта выше подошвы ростверка; b – длина боковой грани подошвы ростверка,
перпендикулярной к линии действия силы S1; Jc – объемный вес грунта выше
подошвы ростверка.
Если условие соблюдается, то ростверк рассматривается как низкий, если
нет – высокий.
Высота ростверка h устанавливается не менее 2,0–2,5 м (не считая слоя
подводного бетона) и зависит от его размеров в плане. Эта высота складывается из
величины, необходимой для заделки голов свай в ростверк.
Сваи должны быть заделаны в ростверк на длину, определяемую расчетом
и принимаемую не менее половины периметра призматических свай, и 1,2 м – для
свай диаметром 0,6 м и более.
Минимальные размеры ростверка в уровне обреза bmin назначают с учетом
возможных погрешностей разбивки и возведения фундамента исходя из размеров
надфундаментной части опоры b0, a0:
bmin= b0 + 2 c,
amin= a0 + 2 c,
(54)
где c – выступ ростверка за грани опоры (ширина обреза), принимается 0,20–0,50 м.
Наибольшие размеры подошвы, которые может иметь ростверк в плане, при
конструктивном армировании следующие:
b = b0 + 2 h ˜ tg D,
a = a0 + 2 h ˜ tg D,
где D – угол распределения напряжений в бетоне, принимаемый равным 30q.
34
(55)
При проектировании высокого ростверка боковые грани его обычно делают вертикальными; низкие ростверки могут выполняться с уступами. В плане
очертание подошвы ростверка назначают прямоугольным или подобным форме
сечения опоры в уровне обреза.
Сваи размещают в плане рядами или в шахматном порядке.
Минимальный шаг свай в ростверке, если d – сторона или диаметр сваи,
для забивных или буровых свай принимается следующим:
1,5 d – для свай-стоек;
3 d – для висячих свай.
Максимальный шаг свай в ростверке не должен превышать 6 d.
6.6. Расчет фундамента с низким ростверком
При расчете свайных фундаментов с низким ростверком определяют лишь
продольные силы в сваях (оболочках), пользуясь формулой сопротивления материалов для случаев внецентренного сжатия сечения.
Ростверки вместе с расположенной на них верхней частью, как правило,
представляют собой жесткие конструкции, деформациями которых можно пренебречь. В связи с этим ростверки мостовых опор обычно считают бесконечно
жесткими, что существенно упрощает расчёты.
y
y1
xi
i
ЦТ
yi
6.5. Конструирование ростверка и уточнение количества свай
x(x1)
x0
x1i
Рис. 2
На рис. 2 представлен план свайного фундамента с головами свай (оболочек) на уровне подошвы ростверка, имеющего в плане одну ось симметрии – ось
х (х0 > xi). Центр тяжести поперечного сечения всех свай на указанном уровне
(центр тяжести плана свай) расположен на оси симметрии х. Расстояние х0, м,
от центра тяжести до произвольной оси yi может быть определено по формуле
35
i n
¦ x1i
1
x0
n
,
(56)
а
б
где n – число свай в фундаменте x1i – расстояние от центра тяжести сечения i сваи
до оси yl, м.
Через центр тяжести проводят ось y (см. рис. 2). Оси x и y являются главными центральными осями инерции плана свай.
У нас уже есть усилия на ростверк от внешней нагрузки.
При внецентренном нагружении максимальное усилие приходится на крайний ряд свай.
Продольную силу крайней сваи находят по формуле внецентренного сжатия
¦NI
0
N max
GI,p GI,гр
n
M Ix ˜ y max
n
¦ yi2
i 1
M Iу ˜ x max
n
,
(57)
¦ xi2
i 1
где xmax и ymax – координаты центра тяжести сечения крайней сваи в сторону действия
моментов (в системе координат xy) xi и yi – расстояние от центра тяжести сечения
каждой сваи в ростверке (i – сваи) до главных осей, м.
Продольные силы N в сваях должны удовлетворять условию формулы (45).
Если продольные силы в сваях окажутся больше сопротивления свай
по грунту, то сваи будут проседать относительно грунта, расположенного в междусвайном пространстве и вокруг свайного фундамента, а ростверк получит большие просадки.
Рис. 3
В данной работе рассматривается лишь наиболее простой свайный фундамент с жестким ростверком и только с вертикальными сваями, расположенными
симметрично относительно хотя бы одной вертикальной плоскости. С данной
методикой можно ознакомиться в [7]. Предполагается, что приложенная к фундаменту внешняя нагрузка действует в плоскости его симметрии.
Положение центра тяжести плана свай рассматриваемого фундамента
на уровне подошвы его ростверка и главные центральные оси инерции x и y находят так же, как и в случае фундамента с низким ростверком.
Продольную силу N, поперечную силу S и изгибающий момент М, действующие в голове произвольной сваи, определяют по формулам
¦NI
0
N
GI,p GI,гр
n
При расчетах свайных фундаментов с высоким ростверком обычно пользуются плоскими расчетными схемами (рис. 3).
Расчет свайных фундаментов с высоким ростверком производят методами
расчета рам, рассматриваемыми в курсах строительной механики. Сопротивление грунта, окружающего каждую сваю, ее перемещения учитывают введением
двух жестких закреплений, одно из которых препятствует смещению сваи вдоль
ее оси, а другое – смещениям поперек оси и поворотам. Расстояние l2 от головы
сваи до первого из указанных закреплений называют длиной сжатия, а расстояние l1 от головы сваи до второго закрепления – длиной изгиба.
Общие методы расчета свайных фундаментов с высоким ростверком в данной курсовой работе не приводятся. Подробный расчет высоких ростверков приведен в [1, 5 и 6].
36
M
l
x §
·
˜ ¨ S2 ˜ 1 M y ¸;
I0 ©
2
¹
S2
;
n
Q
6.7. Расчет фундамента с высоким ростверком
i n
·
§
l1 ˜ ¦ xi2 ¸
¨
2
r ˜ l2
1 ¨
1
¸,
˜ My ˜
S2 ˜
I0 ¨
l1
2n ¸
¸
¨
¹
©
(58)
(59)
(60)
где n – число свай в ростверке x – абсцисса центра головы сваи, м l1 и l2 – длины
изгиба и сжатия ствола сваи r – радиус инерции поперечного сечения сваи
I0 – коэффициент.
Длину сжатия и изгиба сваи определяют в упрощенной форме.
Длина изгиба
l1
l0 k ˜ d ,
37
(61)
где l0 – свободная длина сваи от подошвы ростверка до поверхности грунта, м
d – диаметр сваи, м k – коэффициент, зависящий от сжимаемости грунтов в верхней
зоне, принимаемый по табл. 3.
Таблица 3
Модуль деформации грунта, МПа
E < 10
10 < E < 20
E > 20
k
7
6
5
Длину сжатия l2 приближенно принимаем равной ее фактической длине.
r
(62)
I / A,
где I – момент инерции сечения сваи, м4 А– площадь сечения сваи, м2.
l
i n
¦ xi2 n ˜ r ˜ l2 .
I0
1
(63)
1 ª
˜ « S 2 ˜ l12
EA ¬
β
§
l1
l ·
l ˜l º
˜ ¨¨
2 ¸¸ M y ˜ 1 2 »;
2
2 ˜ I0 ¼
© 12 ˜ r ˜ n 4 ˜ I 0 ¹
l
1
§
·
˜ ¨ S2 ˜ 1 M y ¸ ,
EA ˜ I 0 ©
2
¹
u c ⠘ H общ ,
б
в
Mm
4
Mm
4
Mm
Mm
4
4
г
(65)
(66)
где Hобщ – суммарная высота, м, всей опоры до подошвы ростверка; Hобщ = H + h + 2.
38
а
(64)
где E = 3 ˜ 107 кПа – модуль упругости материала сваи остальные обозначения
следует принимать по формулам (58)–(63).
Вертикальное перемещение верха опоры, м, определяется из условия
u
Выполнение условия (45) исключает возможность возникновения проскальзывания сваи в грунте, однако не исключает значительных недопустимых для сооружения просадок и кренов, связанных с перемещением свайного фундамента
вместе с грунтом межсвайного пространства. Эти перемещения могут происходить в результате исчерпания сопротивления грунта, расположенного на уровне нижних концов свай. Они тем более возможны, чем меньше расстояния между
сваями, так как с уменьшением этих расстояний уменьшается площадь, по которой давление передается нижележащему грунту. В связи с изложенным необходимо дополнительно проверять прочность грунта, расположенного на уровне
нижних концов свай. При такой проверке ростверк вместе со сваями, грунтом
межсвайного пространства и некоторым объемом грунта, окружающего свайный
фундамент, рассматривают как условный массивный фундамент 1–2–3–4 (рис. 4).
Условный фундамент принимают в виде прямоугольного параллелепипеда.
Его размеры определяются согласно схемам, представленным на рис. 4.
1
Обычно вычисляют усилия в крайней, наиболее нагруженной свае.
Продольные силы N в сваях должны удовлетворять условию (45).
По найденным М и Q определяют достаточность сечения сваи.
При высоком ростверке одним из основных условий проектирования является ограничение горизонтальных смещений. Горизонтальное перемещение uc
и угол поворота E (в радианах) подошвы ростверка вычисляются из следующих
формул:
uc
6.8. Проверка несущей способности по грунту фундамента из свай
как условного фундамента мелкого заложения
Mm
Mm
Mm
Mm
4
4
4
4
Рис. 4. Фундаменты:
а – с заглубленным ростверком при угле наклона свай менее M m / 4
б – заглубленным ростверком при угле наклона свай более Mm / 4в – высоким
ростверком при угле наклона свай менее Mm / 4г – высоким ростверком при
угле наклона свай более Mm / 4
39
Среднее значение расчетных углов внутреннего трения грунтов, прорезанных сваями, определяют по формуле
n
¦ Mi ˜ h
,
(67)
d
где Mi – расчетный угол внутреннего трения i-го слоя грунта, расположенного
в пределах глубины погружения свай в грунт; hi – толщина этого слоя; d – глубина
погружения свай в грунт от его расчетной поверхности, м.
Считают, что по подошве условного фундамента действует вертикальная
сила
Mm
Nc
i 1
(¦ N I GI,p GI,гр ) (Gсв GI,c гр ) ,
0
(68)
где сумма (Gсв G I,c гр ) – вес свай и грунта в объеме условного фундамента,
определяемая из объема условного фундамента с удельным весом 19 кН/м3.
Кроме того, принимают, что по подошве условного фундамента в вертикальной плоскости действует момент Мс, равный моменту внешних сил на уровне
подошвы ростверка. Изменение момента при переходе от подошвы ростверка
к подошве условного фундамента, связанное с изменением плеча горизонтальной
внешней силы, не учитывают. Не учитывают и отпор грунта по боковым граням
условного фундамента.
Несущую способность основания под подошвой условного фундамента
проверяют по формуле (21) разд. 5.2, при этом подлежащие проверке среднее P,
кПа, и максимальное Pmax, кПа, давления на грунт в сечении 3–4 по подошве условного фундамента определяют по формулам
P
Pmax
Nc
;
ac ˜ bc
>6 ac ˜ (3M c 2 F ˜ d )@
Nc
,
a c ˜ bc
ªk ˜ d 4
3º
bc ˜ «
3 ˜ ac »
¬ Cb
¼
(69)
Сb – коэффициент постели грунта в уровне подошвы условного фундамента,
кН/м3 (тс/м3), определяемый по формулам: при d d 10 м Сb = 10 k, кН/м3;
при d > 10 м Сb = k ˜ d;
k – коэффициент пропорциональности, определяющий нарастание с глубиной коэффициента постели грунта, расположенного выше подошвы фундамента,
и принимаемый по табл. 4.
Таблица 4
Грунты
Текучепластичные глины и суглинки (0,75 < IL d 1)
Мягкопластичные глины и суглинки (0,5 < IL d 0,75);
пластичные супеси (0 < IL d 1); пылеватые пески
(0,6 < e d 0,8)
Тугопластичные и полутвердые глины и суглинки
(0 d IL d 0,5); твердые супеси (IL < 0); пески мелкие
(0,6 d e d 0,75) и средней крупности (0,55 d e d 0,7)
Твердые глины и суглинки (IL < 0);
пески крупные (0,55 d e d 0,7)
Гравелистые пески мелкие (0,55 d e d 0,7)
и галька с песчаным заполнителем
Коэффициент k,
кН/м3 (тс/м3)
490–1960 (50–200)
1961–3920 (200– 400)
3921–5880 (400–600)
5881–9800 (600–1000)
9801–19600
(1000–2000)
Если на некоторой глубине ниже острия свай залегает слой более слабого
грунта, то не мешает его проверить по прочности (п. 5.6, (33)).
6.9. Определение осадки свайного фундамента
Осадку свайного фундамента с низким ростверком подсчитывают от действия нормативных постоянных нагрузок как осадку условного фундамента.
Ширина подошвы фундамента определяется исходя из схем на рис. 4, представленных в п. 6.8, по величине нормативных углов внутреннего трения грунтов.
Среднее значение внутреннего трения грунтов, прорезанных сваями, определяют по формуле
n
¦ Mi ˜ h
где Nc – нормальная составляющая давления условного фундамента на грунт
основания, кН (тс), определяемая с учетом веса грунтового массива 1–2–3–4 вместе
с заключенными в нем ростверком и сваями или опускным колодцем;
Mc – соответственно горизонтальная составляющая внешней нагрузки, кН,
и ее момент относительно главной оси горизонтального сечения условного фундамента в уровне расчетной поверхности грунта, к͘м;
d – глубина заложения условного фундамента по отношению к расчетной
поверхности грунта;
ac, bc – размеры в плане условного фундамента в направлении, параллельном
плоскости действия нагрузки и перпендикулярном ей, м;
где Mi – нормативный угол внутреннего трения i-го слоя грунта, расположенного
в пределах глубины погружения свай в грунт; hi – толщина этого слоя; d – глубина
погружения свай в грунт от его расчетной поверхности, м.
Подсчет величины осадки производят по методике, изложенной в п. 5.8,
формула (43).
Если среднее давление под подошвой условного фундамента p d Vzg,0, осадку
фундамента не определяют.
40
41
Mm
i 1
,
(70)
d
Приложение
ОГЛАВЛЕНИЕ
1. Общие положения ............................................................................................................ 3
2. Варианты заданий на проектирование ....................................................................... 6
3. Оценка инженерно-геологических условий ............................................................. 18
4. Оценка величины нагрузок на фундамент опоры .................................................. 19
5. Проектирование фундамента на естественном основании ................................... 20
5.1. Выбор глубины заложения ...................................................................................... 20
5.2. Определение размеров фундамента мелкого заложения ..................................... 21
5.3. Определение объема и веса фундамента ............................................................... 24
5.4. Определение объема и веса грунта, лежащего на уступах фундамента ............ 25
5.5. Проверка несущей способности основания под подошвой фундамента .......... 25
5.6. Проверка несущей способности подстилающего слоя грунта ........................... 26
5.7. Проверка фундамента мелкого заложения на устойчивость .............................. 26
5.8. Определение осадки фундамента мелкого заложения .........................................27
5.9. Проверка положения равнодействующей активных сил в фундаменте
мелкого заложения .......................................................................................................... 30
6. Проектирование свайного фундамента .....................................................................30
6.1. Выбор варианта свайного фундамента .................................................................. 31
6.2. Определение расчетной нагрузки на одиночную сваю ........................................ 31
6.3. Проверка несущей способности сваи по материалу ............................................32
6.4. Определение размера ростверка и количества свай ............................................. 33
6.5. Конструирование ростверка и уточнение количества свай ................................. 34
6.6. Расчет фундамента с низким ростверком .............................................................. 35
6.7. Расчет фундамента с высоким ростверком ........................................................... 36
6.8. Проверка несущей способности по грунту фундамента из свай
как условного фундамента мелкого заложения ...........................................................39
6.9. Определение осадки свайного фундамента .......................................................... 41
Приложение. Схема оформления графической части работы
(фундамент на свайном основании) ................................................................................... 42
42
43
ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ. ОПОРА МОСТА
Методические указания к выполнению курсового проекта
Кузнецов Александр Васильевич
Редактор А. В. Афанасьева
Корректор А. Г. Лавров
Компьютерная верстка И. А. Яблоковой
Подписано к печати 28.12.09. Формат 60u84 1/16. Бум. офсетная.
Усл. печ. л. 2,6. Уч.-изд. л. 2,75. Тираж 200 экз. Заказ 169. «С» 87.
Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет.
190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., 4.
Отпечатано на ризографе. 190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., 5.
44
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
1 029 Кб
Теги
osnovaniya, kuznezov, fund09
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа