Определение глубины заложения фундамента.

Глубина заложения d принимается максимальной из условия выполнения следующих параметров:

1. Фундамент должен быть заглублен в несущий слой не менее чем на 0,5м, поскольку, поверхность последнего может быть неровной.

2. При наличии размыва грунта у проектируемой опоры глубина заложения подошвы фундамента должна быть не менее чем на 2,5 м ниже его отметки, а при отсутствии размыва – не менее чем на 1 м ниже поверхности грунта.

 

3.2. Определение размеров фундамента из конструктивных требований.

 

Минимальные размеры подошвы фундамента при c_y=0,3 м (c_y – вылет обреза фундамента за колонну) примем равными:

 

b_min = B₀+ 2С_y = 1,2+2*0,3=1,8м.

а_min =A₀+2С_y = 5+2*0,3=5,6м.

 

Максимальные размеры подошвы фундамента найдем исходя из условия обеспечения

 

a_max = B₀+2h_ф·tg α_п = 5+2·4,5·tg(30)= 10.2 м

b_max = A₀+2h_ф·tg α_п = 1.2 + 2·4.5·tg(30) = 6.4 м

 

η= а_max / b_max = 10.2/6.4 = 1,59

 

 

Определение размеров подошвы фундамента из условий прочности грунта.

а). Находим R – расчетное сопротивление грунта осевому сжатию:

 

R=1,7{ [1+k (b-2)]+k γ(d-3)},

 

R при b = b_min= 2,8, R =147 кПа, d=3 м, γ=19,62, k =0,08, k =2,5 (R , коэф. k , k определены по табл.1, 4 приложения 24 СНиП 2.05.03-84),

 

R=1,7{147[1+0,08(1,8-2)]}=245.9 кПа

 

б). Выбираем максимальную нагрузку:

N =8460 кН,

Определим площадь подошвы:

А= = м ,

где γ =22,5 кН/м - вес материала фундамента и грунта на уступах,

h=3 м – расстояние от дна водоёма до подошвы фундамента.

 

b= м – ширина подошвы фундамента,

a=b =5.64*1,59= 8.97 м – длина подошвы фундамента.

Примем

b=6.4 = b_max

а=10.2 = а_max

 

 

3.4. Конструирование фундамента.

Находим ширину уступов l и их высоту h

 

Ширина уступов вдоль оси моста:

l_x= 0,5(b – b_min) = 0,5(6.4 – 2,8) = 2.3 м

Ширина уступов поперек оси моста:

l_y= 0,5(a – a_min) = 0,5(10.2 – 5.6) = 2.3 м

Высота уступов:

h_x= l_x ·ctg α = 2.3*ctg(30)= 4 м. h_y= l_y ·ctg α = 2.3*ctg(30)= 4 м.

α₀ =30⁰ – угол распределения напряжений в бетоне, обеспечивающий работу материала фундамента только на сжатие.

 

Объем фундамента V_ф :

V_ф =6,4*10,2*1,3+5*8,8*1,3+3,4*7,2*1,3+1,8*5,6*0,6= 179,94 м³

Вес фундамента с учетом взвешивания G_ф :

G_ф = , где =1,1 - коэффициент надежности

G_ф =1,1*179,94*(24-10) = 2771,1 кН,

Объем грунта на уступах фундамента V_g:

V_g = 6,4*10,2*3,5-(179,94 – 1,8*5,6*1,0) = 58,62 м³

Вес грунта G_g:

G_g =

G_g =1,2*58,62*10,049= 706,9 кН

 

 

Проверка давлений на грунт по подошве фундамента.

Определение нагрузок в плоскости подошвы:

1). Вдоль моста – основное сочетание

N 8460+2771,1+706,9=11938 кН

520+650*4,5= 3445 кН*м

Вдоль моста – дополнительное сочетание

=7400+2771,1+706,9= 10878 кН

=2100+140*4,5= 2730 кН*м

2). Поперек моста

=6890+2771,1+706,9= 10368 кН

=4800+950*4,5= 9075 кН*м

3). Определим R при b=6,4 м

R=1,7*(147*[1+0,08*(6,4 - 2)])= 337,9 кПа

4). Среднее напряжение по подошве фундамента:

Р= кПа < кПа

Несущая способность обеспечена

5). Max давление по подошве вдоль пролета от основного сочетания

кПа

м

= 232,4 кПа < кПа – несущая способность основания обеспечена

От дополнительного сочетания:

= < 278,9 кПа

От основного поперек моста:

= < 278,9 кПа

Условия прочности грунта под подошвой фундамента выполнены.

 

Проверка положения равнодействующей нагрузок.

Положение вертикальной нагрузки относительно подошвы определяется расстояниями e_ox, e_oy.

 

Согласно таблице 127 (СНиП «Мосты и трубы») предельно допустимый эксцентриситет не должен быть больше 1.

Условия выполняются подошва не имеет отрыва от основания.

 

 

Проверка устойчивости положения фундамента против плоского

Сдвига по подошве.

Max сдвигающая сила: кН

Вес фундамента с учетом взвешивающего действия воды:

0,9*179,94*24= 3886,7 кН

Вертикальная сила:

= +

Р_w= * *h_в=1,1*10*6,8=74,8 кПа

Удерживающая сила:

(8206.7-74,8*10,2*6,4)*0,4= 1329.5 кН,

где =0.4 – коэффициент трения.

Проверим условие устойчивости (m – коэффициент условия работы, m=0,9)

Устойчивость против плоского сдвига обеспечена. Фундамент устойчив против сдвига по подошве

Проверка слабого подстилающего слоя

P= 182.9 – среднее давление на грунт, действующее по подошве фундамента

γ= 19.62 – среднее значение расчетного удельного веса грунта над кровлей проверяемого постилающего слоя

α= 0.6293 – коэффициент, принимаемый по прил. 26 в зависимости от соотношений l/b и zi/b

γ*(d+z) + α*(P-γ*d) ≤ R/

P= 19.62*(3+4.5)+0.6293*(182.9-19.62*3)=225.2

 

R= 1.7*{151.9[1+0.02*(6.4-2)]+1.5*19.62*(7.5-3)}= 506.1

Требуемая прочность слабого подстилающего слоя обеспечена

 

Расчет осадки фундамента.

Осадки определяются от воздействия на фундамент постоянных нагрузок: веса опоры, фундамента и пролетного строения.

Расчет производится согласно СНиП 2.02.01 – 83 исходя из условия:

 

.

 

где – предельно допустимая осадка

L – ширина наименьшего пролета. примыкающего к опоре;

β – безразмерный коэффициент, равный 0.8;

σ_zpi – среднее значение дополнительного вертикального напряжения в i-ом слое грунта, равное полусумме напряжений на верхней z_i-1 и нижней z_i границах слоя по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента;

h_i – толщина i-ого слоя грунта;

Е_i – модуль деформации i-ого слоя грунта;

 

Для выполнения расчета массив ниже подошвы фундамента разбивают на слои толщиной,

h_i ≤ 0,2 b (h_i ≤ 0,2·6,4= 1,2м)

где b – ширина подошвы фундамента.

Кроме этого, дополнительные границы разбивочных слоев устанавливаются на границе различных природных слоев.

Под центром тяжести строятся эпюры природного напряжения σ_zp и

σ_zg - дополнительного к природному напряжения.

Характеристики грунтов:

№ слоя	Вид грунта	Модуль общей деформации. кПа	Удельный вес грунта во взвешенном состоянии γIIi. кН/м.
I	Песок мелкий		10,049
II	Глина ленточная		9,223
III	Суглинок с включ. гравия и гальки		10,242
IV	Песок средней крупности с гравием и галькой		11,067

 

 

Находим среднее давление по подошве фундамента от нагрузки :

= 10538 кН

Находим вес фундамента и грунта на обрезах с коэффициентом надежности =1:

кН

кН

кН

Находим природное напряжение на границе слоев:

кПа

кПа

кПа

кПа

 

 

Находим дополнительные давления под подошвой фундамента:

 

α-коэффициент, принимаемый по табл. 1 прил. 2 СниП 2.02.01.-83,

р₀-дополнительное давление на основание

 

 

Определяем осадку:

 

 

 

 

 

 

L – наибольшая длина примыкающего пролетного строения, м.

Так как S= 1,53 см < S_U= 6,36 см, то фундамент удовлетворяет условию осадки.

 

Вывод: все вышеуказанные условия выполнены, следовательно, фундамент мелкого заложения подобран.

Расчет свайного фундамента.

1. Исходные данные.

 

A₀xB₀= 5x1.2м

1. Выбор заглубления ростверка.

Несущий слой грунта и конструкция сваи. Высоту ростверка принимаем 2 м. Наиболее благоприятным грунтом для несущего слоя является суглинок с включениями гравия и гальки.

L_св= 199,3-2+0,7-187+1= 12м

L=12 м – принимаем по ГОСТу

Принимаем ненапряженные мостовые трещиностойкие сваи марки СМ – II – 35Т4

Класс бетона В30, рабочая арматура 4∅32 класс III.

Сваи погружаются забивкой.

 

1. Определение несущей способности и силы сопротивления сваи по грунту.

 

Данные сваи являются висячими, т.к. Е=20 мПа < 50 мПа.

Несущая способность свай по грунту определяется по формуле (7.8) (СП 50-102-2003)

 

 

где γ_c – коэффициент условий работы сваи в грунте, γ_c = 1;

R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, R = 2867 кН/м² (табл. 1 СНиП 2.02.03 – 85);

U – наружный периметр поперечного сечения сваи. U = 1,4 м;

f_i – расчетное сопротивление i-ого слоя грунта по боковой поверхности сваи (табл.2 СНиП 2.02.03 – 85);

h_i – толщина i-ого слоя грунта, соприкасающего с боковой поверхностью сваи;

γ_СR, γ_cf - коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и по боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи на расчетные сопротивления, γ_СR = γ_cf =1 (табл.3 СНиП 2.02.03 – 85);

А – площадь опирания сваи на грунт (площадь проекции подошвы на плоскость перпендикулярную оси ствола сваи), А=0,35²=0,1225 м².

Для определения несущей способности толщу грунтов, прорезаемых сваей, разбивают на слои с h_i 2 м. При этом граница слоев обязательно должна соответсвовать границе напластований. Глубина погружения нижнего конца сваи Z_R, а также средняя глубина расположения слоя грунта принимается от линии размыва.

 

 

 

Внесем данные в таблицу

№	hi	Zi	fi	fi*hi
		0,9	55,86	55,86
		1,85	63,4	126,8
		3,85	69,94	139,88
		5,85	72,94	145,88
	1,5	7,35	74,94	112,41
	1,5	8,85	78,94	118,41
		9,85	83,48	83,48

 

Где Z_i - средняя глубина расположения слоя грунта.

R=f (Z_r,е, I_L) - таблицы 1,2,3 СНиП 2.02.03-85

R=2867 кПа, находим методом интерполяции.

Определяем несущую способность по грунту:

 

Силу расчетного сопротивления сваи по грунту определяем из формулы:

Вес сваи:

 

1. Определяем приближенное значение веса ростверка и числа свай и их размещение в плане

Находим давление на подошве ростверка.(тут)

Находим давление от веса ростверка и подушки подводного бетона.

h_п =0,5 м, h_р=2 м

 

Коэффициент надежности:

Удельный вес бетона:

Площадь подошвы ростверка

Вес ростверка находим

Примерное число свай определяется по формуле

-коэффициент учитывает действие момента.

 

Примем к расчету 10 свай

Минимальный размер ростверка в плане, исходя из размеров Во=1,2 м и Ао=5 м

Примем число поперечных рядов свай:

Расстояние между рядами свай:

Расстояние между крайними сваями

Число свай в продольном направлении:

Расстояние между сваями в поперечном направлении:

Определяем размеры ростверка:

 

1. Конструирование ростверка

Примем размеры ростверка в плане b_р =1550м и a_р =7850м. Определяем вес и объем ростверка и подушки подводного бетона:

- Коэффициент надежности

 

- Удельный вес бетона

 

(из пункта 3)