Технико-экономическое обоснование выбора фундамента мелкого заложения
Технико-экономическое обоснование выбора фундамента мелкого заложения
1. Исходные
данные
1.1 Оценка
инженерно-геологических условий площадки строительства
Таблица
1. Сводная ведомость физико-механических свойств грунтов
Физико - механические характеристики
|
Формула расчета
|
Слои грунта
|
|
|
№1
|
№2
|
№3
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
Мощность слоя h, м
|
|
4.7
|
3.6
|
-
|
Удельный вес грунта γ при естественной влажности, кН/м3
|
γ =ρg
|
20
|
19.9
|
20.6
|
Удельный вес твердых частиц γs, кН/м3
|
γs =ρsg
|
26.8
|
26.4
|
27.4
|
Естественная влажность ω, дол.ед.
|
|
0.28
|
0.21
|
0.19
|
Удельный вес сухого грунта γd, кН/м3
|
γd = γ/(1+ ω)
|
15.63
|
16.45
|
17.3
|
Коэффициент пористости е, д.е.
|
е= γs/ γd -1
|
0.75
|
0.69
|
0.58
|
Удельный вес грунта с учетом взвешивающего действия воды γsв, кН/м3
|
γsв =( γs
– γω)/
(1+е)
|
9.6
|
10.25
|
11.01
|
Степень влажности грунта Sr, д.е.
|
Sr =(
γs* ω)/
(е* γω)
|
1.00
|
0.92
|
0.89
|
Влажность на границе текучести ωL, д.е.
|
|
0.29
|
-
|
0.36
|
Влажность на границе пластичности ω р, д.е.
|
|
0.13
|
-
|
0.17
|
Число пластичности грунта I р, д.е.
|
Ip=ωL-ωp
|
0.16
|
-
|
0.19
|
Показатель текучести I L, д.е.
|
I L=( ω-ωp)/I р
|
0.94
|
-
|
0.1
|
Коэффициент сжимаемости грунтов mo, Мпа1
|
|
-
|
-
|
-
|
Коэффициент относительной сжимаемости грунта mv,
МПа1
|
mv=m0/(1+e)
|
-
|
-
|
-
|
Коэффициент бокового расширения μ
|
|
-
|
-
|
-
|
Удельное сцепление с, кПа
|
|
5
|
-
|
80
|
Угол внутреннего трения φ, град.
|
|
19°
|
39°
|
20°
|
Модуль деформации грунта Е, МПа
|
E=β/mv, β=(1-2μ²)/(1-µ)
|
10
|
42
|
28
|
Условное расчетное сопротивление Ro, кПа
|
|
-
|
343
|
318
|
Примечание
- Удельный вес воды
- γω =10 кН/м3; ускорение свободного падения g=10 м/с2.
1.2 Заключение
по данным геологического разреза площадки строительства и выбор возможных
вариантов фундаментов
I слой: суглинок – толщина слоя 4.7м; по степени
влажности суглинок относится к насыщенные водой (0.5<Sr<1.00); по коэффициенту пористости к средней плотности
(0.60<e=0.66<0.75); E=10.00МПа.
II
слой: песок средней крупности – толщина слоя 3.6м; по степени влажности относится к
насыщенной водой; по коэффициенту пористости относится к средней плотности; E=42 МПа; условное расчетное
сопротивление R0=343 кПа.
III
слой :глина - по
числу пластичности Ip=0.19 – глина; по показателю
текучести находится в полутвердом состоянии (0<IL=0.1<0.25); E=28 МПа;
условное расчетное сопротивление R0=318 кПа.
Заключение
по данным геологического разреза: природный рельеф площадки спокойный с горизонтальным
залеганием пластов грунта. II и III слои грунтов могут служить основанием для
фундамента.
Выбор
возможных вариантов фундаментов: в качестве возможных вариантов фундамента принимаем:
-
фундамент мелкого заложения;
-
свайный фундамент на забивных призматических сваях.
1.3 Сбор
нагрузок, действующих на фундамент
В
соответствии с [2, п. 2.1*] установлено 18 видов постоянных и временных
нагрузок, которые могут действовать на конструкции мостов и, следовательно,
передаваться на опору. На рисунке 1. показаны следующие основные нагрузки:
вертикальные
нагрузки -
масса
пролетных строений Рп, являющаяся суммарной
равнодействующей сил Рп/2, соответствующих давлению от примыкающих к
данной опоре двух пролетных строений;
сила
воздействия на опору Ртр от временной подвижной вертикальной
нагрузки, являющаяся равнодействующей сил Ртр/2,
полученных от загрузки примыкающих к опоре пролетов; масса опоры Ро
- собственная масса надфундаментной части опоры.
горизонтальная
нагрузка -
горизонтальная
составляющая Т силы воздействия на опору Ртр от
временной подвижной вертикальной нагрузки.
Рисунок
1. – Опора моста с действующими нагрузками
Таблица
2. Нагрузки, действующие на фундамент
Наименование нагрузки
|
Условное обозначение
|
Ед. изм.
|
Выражение для определения
|
Кол-во
|
Масса пролетных строений
|
Рп
|
кН
|
1350
|
|
Сила воздействия от временной вертикальной подвижной нагрузки
|
Ртр
|
кН
|
6075
|
|
Горизонтальная сила
|
Т
|
кН
|
750
|
|
Вес опоры моста
|
Ро
|
кН
|
373.5
|
|
2. Проектирование
фундамента мелкого заложения на естественном основании
2.1 Определение
глубины заложения подошвы фундамента. выбор отметки обреза фундамента
2.1.1
Определение глубины заложения подошвы фундамента
Нормативная
глубина сезонного промерзания определяется по формуле:
dfn=do√Mt,
где М, —
коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных
отрицательных температур за зиму в данном климатическом районе; do - глубина промерзания (см), зависящая от вида грунта,
принимается равной: песков средней крупности-23см.
dfn=do√Mt=23*√42=149.06см=1.5м
Расчетная
глубина сезонного промерзания грунта определяется по формуле:
df=khdfn ,
где kh, - коэффициент, учитывающий влияние
теплового режима сооружения и принимаемый для отапливаемых зданий в зависимости
от конструкций полов и температуры внутри помещений, а для наружных и
внутренних фундаментов, неотапливаемых зданий ,kh = 1.1.
df=khdfn=1.1*149.06=164.56см=1.6м
2.1.2
Выбор отметки обреза фундамента
Обрез
фундамента принимаем на 0.5м ниже горизонта самых низких вод
2.2 Определение
площади подошвы фундамента и расчетного сопротивления основания
Размеры
обреза фундамента в плане принимаю больше размеров надфундаментной части опоры
на величину с=0.2м в каждую сторону для компенсации возможных отклонений
положения и размеров фундамента при разбивке и производстве работ (рис.1).
Минимальная
площадь подошвы фундамента рассчитывается по формуле
Amin=(A + 2c)-(B + 2c),
где А и
В - ширина и длина надфундаментной части опоры в плоскости обреза фундамента,
принимается по заданию.
Amin=(10.4 + 2∙0.15)(1.5
+ 2∙0.15) = 19.26м²
Далее по
формуле (1) приложения 24 [2] определяется расчётное сопротивление грунта основания
(МПа) при ширине подошвы фундамента b= (В+2с)
R = 1.7{R0[1 + k1(b-2)] + k2γ(d -3)},
где R0 = 343 кПа— условное сопротивление грунта, МПа; b = 2м — ширина подошвы фундамента, м;
d = 5.7м — глубина заложения
фундамента, принимается от поверхности грунта до подошвы фундамента; γ - осредненное по слоям
расчётное значение удельного веса грунта, расположенного выше подошвы
фундамента, вычисленное без учёта взвешивающего действия воды, МН/м³, по формуле:
γ =
∑ γi hi / ∑hi ,
где γi - удельный вес отдельных слоев
грунта, лежащих выше подошвы фундамента, кН/м3; hi — толщина отдельных слоев грунта выше подошвы фундамента, м; k1 и k2 -коэффициенты, принимаемые по
таблице 4, прил. 24 [2].
k1= 0.1 мֿ¹
k2 = 3
R = 1.7{343[1 + 0.1(2-2)] + 3∙19.9(5.7
-3)}=274.02 кПа
2.3
Проверка принятых размеров фундамента
Расчёт
преследует цель определить средние, максимальные и минимальные давления под
подошвой фундамента и сравнить их с расчётным сопротивлением грунта:
p=N1/A ≤ γcR/γn ,
pmax=N1/A + M1 /W ≤ γcR/γn ,
pmin=N1/A - M1 /W ≥0 ,
где p, pmax и pmin — соответственно среднее, максимальное и минимальное
давления подошвы фундамента на основание, кПа; N1 -
расчётная вертикальная нагрузка на основание с учётом гидростатического
давления воды, если оно имеет место, кН; М1 -
расчётный момент относительно оси, проходящей через центр тяжести подошвы
фундамента, кН∙м; A —
площадь подошвы, м2; W-
момент сопротивления по подошве фундамента, м3;
W= bl²/6
где l- длина подошвы фундамента, м; b - ширина подошвы фундамента, м; R -расчётное сопротивление грунта под
подошвой фундамента, кПа; γс=1,2 - коэффициент надёжности по
назначению сооружения; γп=1,4 - коэффициент условий работы.
Определяем
нормальную N1 и моментную нагрузки М1 ,
действующие на основание
N1 = 1,2(Р0+Рп+Рф+ Рг)
+ 1,13∙Ртр,
М1 = 1,2Т(Н+hФ),
где Рф и Рг —
соответственно нагрузки от веса фундамента и грунта на его уступах (с учётом
взвешивающего действия воды, при УПВ выше подошвы фундамента), кН; Н — высота
опоры моста, м; hф — высота конструкции фундамента, м. Расчётные величины Ро, Рп,
Ртр, Т даны в таблице 2.
Путем последовательных
подборов размеров фундамента и глубины заложения подошвы, принимаем:
d = 5.7 м – глубина заложения фундамента
hф =6.2 м – высота фундамента
a=11 м – длина подошвы фундамента
b= 2 м – ширина фундамента
A = a∙b = 11∙2=
22 м² - площадь подошвы фундамента
Рф+ Рг
+Рв=5.7·20·22+1.1·10·22 = 2750 кН
N1 = 1.2(373.5кН + 1350кН + 2750кН) + 1.13 ∙ 6075кН = 12232.95
кН
М1 = 1.2 ∙ 750кН(10.5м + 6.8м) =15570 кН∙м
W = 4 ∙ 13²/6 = 112.6 м³
Определяем давления под
подошвой фундамента:
p=12232.95кН /22м² = 556.04 кПа≤ γcR/γn=1.2∙274.02/1.4 =234.9
кПа pmax=12232.95кН/22м² + 15570кН∙м/20.5м³= 1315.5кПа≤ γcR/γn=234.9 кПа
Выбранные глубина
заложения подошвы и размеры фундамента не удовлетворяют условию по первой группе
предельных состояний.
Увеличиваем размеры
подошвы фундамента:
d = 5.7 м – глубина заложения фундамента
hф =6.2 м – высота фундамента
a=13 м – длина подошвы фундамента
b= 4 м – ширина фундамента
A = a∙b = 13∙4=
52 м² - площадь подошвы фундамента
R = 1.7{343[1
+ 0.1(4-2)] + 3∙19.9(5.7 -3)}=973.74 кПа
Рф+ Рг +Рв=5.7·20·52+1.1·10·52 = 6500 кН
N1 = 1.2(373.5кН + 6500кН + 2750кН) + 1.13 ∙ 6075кН =
16732.95 кН
М1 = 1.2 ∙ 750кН(10.5м + 6.8м) =15570 кН∙м
W = 4 ∙ 13²/6 = 112.6 м³
Определяем давления под
подошвой фундамента:
p=16732.95кН /52м² = 321.8 кПа≤ γcR/γn=1.2∙973.74/1.4 =834.6
кПа pmax=16732.95кН/52м² + 15570кН∙м/112.7м³= 1315.5кПа≤ γcR/γn=834.6 кПа
Слишком большой запас
прочности уменьшим размеры подошвы фундамента принимаем:
d = 5.7 м – глубина заложения фундамента
hф =6.2 м – высота фундамента
a=12.7 м – длина подошвы фундамента
b= 3.7 м – ширина фундамента
A = a∙b = 12∙3.7=
44.4 м² - площадь подошвы фундамента
Рф+ Рг
+Рв=5.7·20·44.4+1.1·10·44.4 = 5550 кН
N1 = 1.2(373.5кН + 1350кН + 5550кН) + 1.13 ∙ 6075кН
=15592.95 кН
М1 = 1.2 ∙ 750кН(10.5м + 6.8м) =15570 кН∙м
W = 3.7 ∙ 12.7²/6 = 99.5 м³
Определяем давления под
подошвой фундамента:
R = 1.7{343[1 + 0.1(3.7-2)] + 3∙19.9(5.7
-3)}=956.25 кПа
p=15592.95кН /44.4м² =351.2кПа ≤
γcR/γn=1.2∙956.25/1.4=819.6кПа pmax=15592.95кН/44.4м² + 15570кН∙м/99.5м³= 507.7кПа≤
γcR/γn=819.6 кПа pmin=15592.95кН/44.4м ² - 15570кН∙м/99.5м³= 194.7кПа
>0
Выбранные глубина
заложения подошвы и размеры фундамента удовлетворяют условию по первой группе
предельных состояний.
Принимаем размеры
поперечного сечения подошвы фундамента:
d = 5.7 м – глубина заложения фундамента
hф =6.2 м – высота фундамента
a=12.7 м – длина подошвы фундамента
b= 3.7 м – ширина фундамента
2.4
Расчет основания фундамента по деформациям
Различные
по величине осадки соседних опор не должны вызывать появления в продольном
профиле дополнительных углов перелома, превышающих для автодорожных мостов 2 ‰ [2,
п. 1.47].
Для
расчёта осадок основания фундаментов по приложению 2 [3] рекомендует метод
послойного суммирования: величина осадки фундамента определяется по формуле
S = β∑σzpi ∙hi/Ei
где
β=0,8 - безразмерный коэффициент; σzpi - среднее вертикальное (дополнительное) напряжение в i-м слое грунта; hi и Ei - соответственно мощность и модуль деформации i-го слоя грунта; п - число слоев, на
которое разбита сжимаемая толщина основания Нс.
Сжимаемая
толщина основания Нс определяется как расстояние от подошвы
фундамента до нижней границы сжимаемой толщи; нижняя граница обозначена
символами B.C. При этом B.C. находится на той глубине под
подошвой фундамента, где выполняется условие
σzpi = 0,2σzgi.
Вертикальное напряжение
от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента, определяется по
формуле:
σzgо= γohi
где, γo -осредненный удельный вес грунта и
воды, залегающих выше подошвы фундамента; hi -глубина заложения подошвы фундамента, м.
σzgо=1.6∙10+4.7·20+1·19.9=129.9 кПа
Дополнительное
вертикальное напряжение в грунте в уровне подошвы фундамента определяют по
формуле:
σzро = р0 - σzgо
Среднее
давление на грунт от нормативных постоянных нагрузок:
р0 = Nп /A=351.2кН
σzро = 351.2-129.9=221.3 кПа
Дополнительные
вертикальные напряжения в грунте вычисляются по формуле:
σzрi = αi ∙ σzр0
где α
- коэффициент, принимаемый по таблице 1 приложения 2 [3] в зависимости от
соотношения сторон прямоугольного фундамента η = l/ b = 2,85 и
относительной глубины, равной ξ = 2z/b, где z - расстояние до границы
элементарного слоя от подошвы фундамента.
Страницы: 1, 2
|