Фундамент под опору моста

1.4.2 Проектирование поперечного профиля бетонного фундамента

При намеченных параметрах фундамента (высоте тела, ширине и длине подошвы) следует на изображении поперечного и продольного сечения показать возможность устройства жесткого фундамента, используя понятие "угол жесткости" . Если при намеченных параметрах, хотя бы в одном сечении, нельзя сделать фундамент жестким, то нужно в разумных пределах изменить намеченные параметры тела фундамента. В частности, уменьшить ширину (или длину) и увеличить длину (или ширину), увеличить глубину заложения, а, следовательно, высоту тела фундамента.

При принятых параметрах фундамент удовлетворяет условию жесткости (рис.1.4.1).

1.5 Построение эпюр распределения напряжений ниже подошвы фундамента и определение сжимаемой (активной) толщи грунта

На геологический разрез наносятся контуры сооружения или расчетные сечения фундамента. Затем от оси фундамента влево откладываются ординаты эпюры природного (бытового) давления Р в мПа, а вправо - ординаты эпюры дополнительного давления Рz.

Значение ординат эпюры природного давления определяется по формуле

Р= 

где  - объемная масса грунта 1-го слоя;

g -ускорение силы тяжести;

h - толщина слоя фунта, м.

Величина бытового давления определяется на границе каждого слоя грунта. Если в пределах выделенной толщи залегает горизонт грунтовых вод, то объемный вес грунтов определяется с учетом гидростатического взвешивания:

где  - плотность твердых частиц грунта;

g - ускорение силы тяжести;

е - коэффициент пористости грунта.

Для построения эпюры дополнительного давления Рz, толщина грунта ниже подошвы фундамента в пределах глубины, приблизительно равной трехкратной ширине фундамента, разбивается на ряд слоев мощностью не более 0,4b (обычно 0.2b). Дополнительное давление PZ0 непосредственно под подошвой фундамента определится как разность между средним давлением по оси фундамента и природным давлением на том же уровне:

P=P- P 

Дополнительное давление P для любого сечения, расположенного на глубине z ниже подошвы фундамента, вычисляется по формуле

P=,

где - коэффициент рассеивания, определяемый по таблице СНиП в зависимости от n=l/b, где l и b - соответственно длина и ширина фундамента.

Построив эпюры бытового и дополнительного давлений, определяют нижнюю границу сжимаемой (активной) зоны грунта, находящегося ниже подошвы фундамента в точке, где Рz = 0,2 Рбz.

Рассчитаем бытовое и дополнительное давления :

Pбz0=0 кПа;

Pбz1= ρ1*g*h1= γвз* h1=16,82*1,2=20,19 кПа;

γвз= ;

Pбz1= ρ*g*h +Pбz1== 2,07*9,81*5+20,19=121,62 кПа;

Pбz2= ρ2*g*h2+Pбz1=2,04*9,81*4+121,62=201,59 кПа;

Pбz3= ρ3*g*h3+Pбz3=2,15*9,81*10+201,59=412,29 кПа;

Pz0=270,52-20,19=250,33 кПа;

Pz1=250,33 *0,929=232,55 кПа;

Pz2=250,33 *0,667=166,97 кПа;

Pz3=250,33 *0,507=127,04 кПа;

Pz4=250,33 *0,385=96,37кПа;

Pz5=250,33 *0,315=78,85 кПа;

Pz6=250,33*0,250=62,58 кПа;

Pz7=250,33*0,208=52,07 кПа;

Pz Pz8=250,33*0,172=43,05 кПа.

По вычисленным значениям строим эпюры бытового и дополнительного давлений (рис.1.5.1)

По эпюре определяем нижнюю границу сжимаемой (активной) зоны грунта: Нсж=6,9м .

1.6 Вычисление осадки фундамента

Основным методом определения полной (конечной) осадки фундаментов является метод послойного суммирования. По этому методу осадка каждого элементарного слоя, выделенного ниже подошвы фундамента, определяется по формуле

где S - конечная осадка отдельного фундамента, см;

hi, - толщина i-ro слоя грунта основания, см;

аo - показатель относительной сжимаемости, МПа.

 - среднее вертикальное давление для i-го слоя, МПа.

Для определения " аo" в приложении даны результаты испытания грунтов на сжимаемость. По данным задания следует построить компрессионные кривые для каждого из трёх грунтов площадки строительства в соответствующем масштабе.

Давление , (в МПа) принимается равным бытовому давлению в середине рассматриваемого пласта грунта, давление  - равным сумме бытового и дополнительного давления в середине того же пласта.

Расчет конечной осадки фундамента удобно выполнять в табличной форме (табл. 1.6.).

Задача расчета по второму предельному состоянию (по деформациям) сводится к удовлетворению условия

где S – расчетная величина деформации основания;

 - предельная величина деформации основания, принимаемая согласно СНиП, которая не должна превышать , где L – длинна пролёта моста.

Расчет осадки грунта приведен в таблице 1.6.

Таблица 1.6.

Проверим допустима ли полученная осадка.

В нашем случае:

Значение осадки не превышает допустимое.

1.7 Вычисление устойчивости фундамента на сдвиг и опрокидывание

Завершающим этапом расчета является проверка устойчивости фундамента против опрокидывания и сдвига (плоского и глубокого) от воздействия расчетных нагрузок. Расчет устойчивости против опрокидывания производится по формуле:

где, - сумма моментов удерживающих нагрузок , включающих в себя вертикальную нагрузку от пролётов, веса опоры и фундамента, с вычитанием архимедовой силы.

- сумма моментов опрокидывающих сил. В данном случае опрокидывающие силы представлены нагрузкой от торможения и нагрузкой от действия льда.

> 

Фундамент устойчив против опрокидывания, т.к. условие устойчивости выполняется.

Фундамент устойчив против опрокидывания, т.к. условие устойчивости выполняется.

Расчет устойчивости против плоского сдвига производится по формуле:

где - сила трения, возникающая при давлении на грунт вертикальных нагрузок.

где Ктр- коэффициент трения, зависящий от угла внутреннего трения грунта, в котором находится фундамент.

- сумма сдвигающих горизонтальных сил, действующих на фундамент. В данном случае на фундамент действует одновременно 2 горизонтальные нагрузки Т и R. Поэтому необходимо определить их геометрическую сумму:

Фундамент устойчив против плоского сдвига.

Расчет фундаментов на устойчивость против глубинного сдвига производится по методу кругло-цилиндрических поверхностей скольжения. Для этого через угол подошвы фундамента проводят наиболее вероятную дугу кривой скольжения, затем полученную призму грунта разбивают на ряд отсеков, имеющих в полученном вертикальном сечении вид простых фигур: треугольников, трапеций. После этого находят вес каждого отсека и сносят векторы веса на кривую скольжения. Разложив каждый из этих векторов на составляющие: нормальную и касательную, определяют силы трения. Аналогично поступают и с вектором веса сооружения.

Затем определяют силы сцепления как произведение длины дуги L в глинистом грунте на величину сцепления С.

Получив значение сил, действующих на систему "грунт-сооружение", составляют выражение условия устойчивости по формуле

К= 1,5,

где М - момент сил, удерживающих систему против сдвига;

М- момент сил, сдвигающих систему "грунт-сооружение".

Устойчивость сооружения против глубокою сдвига считается обеспеченной, если при наиболее невыгодной поверхности скольжения соблюдается условие К1,5. Для этого задаются другими положениями поверхностей скольжения, проводя из новых центров О, О дуги, проходящие на чертеже через угол подошвы фундамента.

Проводим дугу поверхности скольжения с центра О1 :

Таблица 1.1.7 Определение веса отсеков

Таблица 1.7.2 Определение сил

М=·R+=220,67*9+0,017*14,8=1986,28 кНм;

М=∑·R+=33,377*9+636*1,5=1254,393кН·м,

К1=> 1,5.

В первом случае условие устойчивости фундамента против глубинного сдвига выполняется.

Схема к расчету фундамента на глубинный сдвиг изображена на рис.1.7.1

Проводим дугу поверхности скольжения с центра О2 :

Таблица 1.7.3 Определение веса отсеков

Таблица 1.7.4Определение сил

М=·R+=478,4*10,9+19,1*0,017=5214,56 кНм;

М=∑·R+=8,93*10,9+636*2,4=1623,74кН·м,

К=> 1,5.

Во втором случае условие устойчивости фундамента против глубинного сдвига выполняется.

Схема к расчету фундамента на глубинный сдвиг изображена на рис.1.7.2.

2.СВАЙНЫЙ ФУНДАМЕНТ

2.1 Основные положения по расчету и проектированию свайных фундаментов

Фундаменты из забивных свай рассчитываются в соответствии с требованиями СНиП по двум предельным состояниям:

а)      по предельному состоянию первой группы (по несущей способности): по прочности - сваи и ростверки, и по устойчивости - основания свайных фундаментов;

б)     по предельному состоянию второй группы (по деформациям) – основания свайных фундаментов.

Расчет по несущей способности производится на усилия от расчетных нагрузок. Этому расчету подлежат: по прочности - все виды свай и ростверков; по устойчивости - основания, подвергающиеся регулярно действующим горизонтальным нагрузкам, а также основания зданий и сооружений, расположенных на откосах, и оснований свайных фундаментов из свай-стоек.

Расчет по деформациям оснований свайных фундаментов из висячих свай производится на усилия от нормативных нагрузок с учетом нормативных характеристик грунтов.

2.2 Выбор глубины заложения подошвы свайного ростверка и назначение его размеров

Глубина заложения подошвы плиты свайного ростверка назначается в зависимости от инженерно-геологической обстановки строительной площадки:

а)   в крупнообломочных грунтах, песках крупных и средней крупности - на любом уровне, если эти грунты простираются ниже глубины промерзания и напорные грунтовые воды отсутствуют;

б)    в глинистых и суглинистых, а также мелких и пылеватых песчаных грунтах - вне пределов промерзания с запасом не менее 0,25 м;

в)     в русле реки - на любом уровне (в том числе выше дна русла реки) при отсутствии промерзания воды до дна, но не менее чем на L = 0,25 м ниже уровня низкого ледостава, где L - толщина льда, м.

Примем глубину заложения подошвы свайного ростверка равную 2 м, назначим его размеры 1=1,5м и Ь=1,5м.

2.3 Расчёт и конструирование свайного фундамента

При расчете висячих свай считается, что передаваемая на сваи нагрузка уравновешивается сопротивлением груша под нижним концом сваи и силами трения грунта по ее боковой поверхности. Прежде всего необходимо выбрать тип сваи, назначить длину и размеры поперечного сечения сваи.

2.3.1 Выбор типа и марки сваи

Длину сваи назначают такой, чтобы ее острие было заглублено в плотный несущий слой грунта не менее: в мелкозернистые пески и супеси - 2,0 м, в пески средней крупности, твердые глины и суглинки -1,0, в крупнозернистые гравелистые пески и галечники - 0,5 м.

Полная длина свай определяется как сумма:

l 

где l- глубина заделки сваи в ростверк;

1 - расстояние от подошвы плиты до кровли несущего слоя;

I н.сл.- заглубление в несущий слой.

Схема расчёта длины сваи изображена на рис.2. 3.1.

Рекомендуется применять железобетонные сваи квадратного сечения размером 300x300 мм.

Примем марку сваи С 10 - 30. Длина сваи 10 м, продольная арматура 4 диаметром 12, поперечное сечение 30x30 см, масса 2,29 т.

2.3.2 Определение несущей способности одиночной сваи при вертикальной нагрузке

Несущая способность  (в кН) забивной висячей сваи определяется как сумма сопротивлений грунтов основания под нижним концом сваи и по боковой ее поверхности по формуле:

где  - площадь опирания сваи на грунт (в м2 ), принимаемая по площади ее поперечного сечения;

 - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, (в МПа);

u - периметр поперечного сечения сваи, (в м);

 - коэффициент трения i-гo слоя грунта основания по боковой поверхности сваи, МПа;

hi, - толщина i-го слоя грунта, (в м).

Если на какой-то глубине залегает слой торфа, то сопротивление грунтов по боковой поверхности сваи и пределах этого слоя принимается равным нулю.

2.3.3 Определение количества свай и их размещение в плане

Количество свай n в свайном фундаменте определяют по формуле

Примем исходя из условий устойчивости 6 свай и расположим по углам свайного ростверка 4 и 2 в центре.

2.3.4 Проверка степени нагруженности свай

Проверка несущей способности свайного фундамента производится из условия, чтобы фактическая расчетная нагрузка N (в кН) на сваю не превышала допускаемой расчетной нагрузки.

Для внецентренно нагруженного свайного фундамента определяют максимальную и минимальную нагрузку на сваю в кусте при действии нормальной силы и изгибающих моментов, действующих в двух взаимно перпендикулярных направлениях, т.е.

±± 

где N - фактическая расчетная нагрузка на одну сваю, кН;

- расчетная нагрузка, приложенная на уровне обреза фундамента, кН;

Р - расчетная нагрузка от веса ростверка и грунта на его обрезах, кН;

- количество свай в фундаменте;

Р - расчетная нагрузка, допускаемая на сваю, кН.

М х и Му - расчетные моменты относительно главных осей х и у плана свай в плоскости полошвы свайного ростверка., кН·м;

х и у - расстояние от главных осей свайного фундамента до оси каждой сваи, м;

х и у - расстояние от главных осей свайною фундамента до оси наиболее удаленной сваи, для которой вычисляется нормальная нагрузка, м.

При действии момента только в одном направлении, т.е. в нашем случае, формула превращается в одночленную.

Нагрузка на сваю не выходит из допустимых пределов.

2.3.5 Определение отказа сваи

Далее необходимо определить отказ сваи (погружение сваи от одного удара в конце забивки), необходимый для контроля несущей способности свай. Отказ определяют по формуле профессора Н.М. Герсеванова:

Здесь n - коэффициент, принимаемый для железобетонных свай с наголовником п = 1500 кН/м2, для деревянных свай без наголовника п=1000кН/м ;

F - площадь поперечного сечения сваи, м2;

Эр- расчетная энергия удара молота, кДж; Qn - полный вес молола, кН;

е2 - коэффициент восстановления удара, е2 =0,2:

q - вес сваи с наголовником, кН;

qx - масса подбабка, кН;

Рсв - несущая способность сваи, определяемая по ранее приведенной формуле, кН.

Для трубчатых дизель-молотов эр=0,9 Q Н, где Q - масса ударной части молота, кН; Н - расчетная высота падения ударной части молота, м.

При подборе сваебойного агрегата необходимо выдерживать следующие соотношения между массой ударной части молота Q и массой сваи q.

Примем дизель молот С-945: Qn =25 кН, H=5m,

эР =0,9QH = 0,9.25.5 =112,5 кДж.

Отказ сваи равен 4,73 см.

2.3.6 Проверка свайного фундамента на устойчивость при действии горизонтальных нагрузок

Проверка свайного фундамента при низком ростверке на действие горизонтальных сил производится по формуле :

≤ m , (3.8)

где ∑ T- сумма состовляющих всех сил ,параллельных подошве ростверка;

n – число свай в фундаменте;

m – коэффициент условий работы , m = 0,54;

Pr – допустимая горизонтальная нагрузка на сваю (т); Pr = 2,5 т.[1]

< 0,54

Проверка свайного фундамента при низком ростверке на действие горизонтальных сил выполняется.

2.4 Расчёт основания свайного фундамента по деформациям

Расчет осадки свайного фундамента по методу послойного суммирования производится так же, как и фундамента мелкого заложения.

Если расстояние между осями свай >6d или число продольных рядов свай не более 3-х, а отношение сторон ростверка в плане более 5, то осадка свайного фундамента принимается равной осадке одиночной сваи по результатам статических испытаний в тех же грунтовых условиях и расчет осадки не производится.

В нашем случае

S=2,8 cm< =5,38 cм.

Значение осадки не превышает допустимого.

2.5 Проектирование котлована

Проектирование котлована под фундаменты неглубокого заложения включает его горизонтальную и вертикальную привязку к местности, установление размеров котлована понизу и поверху, составление плана с указанием размеров основных осей, абсолютных отметок дна и бровок, назначение уклона и размеров откосов, берм и подъездных путей, конструкции крепления стенок котлована.

При устройстве котлована на местности, не покрытой водой, выполняют следующие виды работ: разбивку котлована и фундамента на местности, разработку и транспортировку грунта, крепление стен котлована и его осушение, подготовку основания, кладку фундамента и его гидроизоляцию, засыпку пазух грунтом, планировку местности и устройство отмостки.

При производстве работ необходимо предусматривать и выполнять мероприятия по предотвращению затопления котлована поверхностными и подтопления грунтовыми водами, нарушения природного сложения грунтов дна котлована, случайного повреждения имеющихся на участке действующих подземных инженерных коммуникаций, промерзания грунтов зимой, по обеспечению безопасности расположенных рядом с котлованом строений и работающих на бровках механизмов.

Перед началом работ по возведению фундамента и нулевого цикла осуществляется приемка котлована и грунтов основания, что оформляется специальным актом на скрытые работы в присутствии заказчика, проектировщиков, производителя работ и других заинтересованных организаций.

Разбивка котлована заключается в переносе на строительную площадку главных осей фундаментов или сооружения, контура котлована поверху и его ограждений (горизонтальная разбивка), а также в определении вертикальных отметок основных частей и элементов фундаментов (вертикальная разбивка).

Горизонтальную разбивку выполняют геодезическими угломерными инструментами с привязкой к реперным или другим заранее закрепленным на местности знакам (например, к городским квартальным красным линиям), указанным в проекте. Положение на строительном участке главных осей сооружений закрепляют створными столбиками. Так, главную продольную ось акведука или моста закрепляют четырьмя створными знаками, по два на каждом берегу. Затем приступают к разбивке второстепенных, поперечных осей опор этих сооружений. После закрепления всех осей детально разбивают котлованы, их крепления и фундаменты каждой опоры.

Для закрепления на время производства работ выполненной на местности разбивки фундамента вокруг него на расстоянии не менее 2-х м от границ будущего котлована (чтобы не мешать движению механизмов и складированию материалов) делают строительную обноску. Обноска состоит из чисто оструганных досок, прибитых горизонтально, на ребро на высоте около 1 м к забитым в грунт стойкам. Положение разбивочных осевых и граничных линий фундамента на ребрах обноски закрепляют забивкой гвоздей и пропилами, а на боковой поверхности досок наносят несмываемой краской необходимые пометки. По гвоздям или пропилам па противоположных досках обноски натягивают горизонтальные проволочные расчалки, показывающие плановое расположение соответствующих разбивочных осей, а от них с помощью отвесов определяют в процессе работ правильность пространственного положения фундамента в котловане и ведут разбивку всех частей самого фундамента и надфундаментных конструкций.

Вертикальную разбивку возводимого сооружения проводят нивелировкой, для чего на площадке устраивают один или несколько основных реперов с привязкой к геодезической сети, а также необходимое количество вспомогательных реперов и сторожков. При вертикальной разбивке обычно пользуются условными отметками, отсчитываемыми от условно принятого строительного нуля, абсолютная отметка которого указывается в проекте. Высотное положение строительного нуля нивелиром переносится и отмечается на отдельных столбах обноски.

Литература

1 .Основания и фундаменты: методические указания / Белорусская сельскохозяйственная академия; Сост. В.И. Кумачёв, Л. В. Понасенко. Горки, 1999. 44с.

2. Проектирование оснований и фундаментов сооружений гидромелиоративных систем. Н.Н. Фролов. М: Колос, 1983

3. Проектирование фундаментов зданий и промышленных сооружений. Далматов Б.И., Морарескул Н.Н., Иовчук А.Г., Науменко В.Г. М.: Высшая школа, 1969.

Страницы: 1, 2