Технико-экономическое обоснование выбора фундамента мелкого заложения (стр. 2 из 4)

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 кПаpmax=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

Р_ф+ Р_г +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 Н_с.

Сжимаемая толщина основания Н_с 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

σ_zpi = 0,2σ_zgi.

Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента, определяется по формуле:

σ_zgо= γohi

где, γo -осредненный удельный вес грунта и воды, залегающих выше подошвы фундамента; hi -глубина заложения подошвы фундамента, м.

σ_zgо=1.6∙10+4.7·20+1·19.9=129.9 кПа

Дополнительное вертикальное напряжение в грунте в уровне подошвы фундамента определяют по формуле:

σ_zро = р0 - σ_zgо

Среднее давление на грунт от нормативных постоянных нагрузок:

р0 = Nп /A=351.2кН

σ_zро = 351.2-129.9=221.3 кПа

Дополнительные вертикальные напряжения в грунте вычисляются по формуле:

σ_zрi= αi∙ σ_zр0

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.

Условие σ_zрi=0,2∙σ_zgiвыполняется при z = 8.2 м, т.е.

Таблица 3 – Расчет осадка основания фундамента

Расстояние от подошвыФундамента до подошвыi-того слоя Zi	Мощность i слоя грунта hi, м	Удельный вес грунта γ,кН/м³	Коэффициент ζ=2z/b(табл.1,прил.2,[2])	Коэффициент α (табл.1 прил.2 [2])	Дополнительное давление σzpi, кПа	Природное давление σzgi, кПа	0,2σzgi,кПа	Модуль деформации Е,МПа	Осадка слоя Si,см
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
0	0	19.9	0	1	221.3	129.9	25.98	42	0
0.7	0.7	19.9	0.38	0.96	211.8	143.83	28.8	42	0.28
1.4	0.7	19.9	0.76	0.79	175.5	157.76	31.5	42	0.23
2.1	0.7	19.9	1.1	0.78	172.9	171.69	34.3	42	0.23
2.6	0.5	19.9	1.4	0.69	152.5	181.64	36.3	42	0.145
3.3	0.7	20.6	1.8	0.52	115.2	196.1	39.2	28	0.23
4.0	0.7	20.6	2.2	0.5	108.3	210.5	42.1	28	0.22
4.7	0.7	20.6	2.5	0.43	95.7	224.9	44.98	28	0.19
5.4	0.7	20.6	2.92	0.37	81.9	239.32	47.86	28	0.16
6.1	0.7	20.6	3.3	0.32	70.5	253.7	50.7	28	0.14
6.8	0.7	20.6	3.7	0.28	61.0	268.1	53.6	28	0.12
7.5	0.7	20.6	4.1	0.24	53.3	282.5	56.5	28	0.1
8.2	0.7	20.6	4.4	0.22	48.3	296.9	59.4	28	0.097

∑ 2.142

Осадка фундамента S = 2.142см.

Максимально допустимый угол перелома при осадке опор не более 2‰, величина пролета 48 м =4800 см.

2.142/4800 = 0,00045 = 0.45‰ < 2‰

Величина осадки фундамента не превышает нормативную осадку по СНиП

2.5 Крен фундамента

Крен фундамента iпри действии внецентренной нагрузки определяется по приложению 2 [3]

i = (1-ν²)∙ke∙MII /[Ekm(a/2)³]

где Е - модуль деформации, кПа, v - коэффициент Пуассона грунта основания; к_е- безразмерный коэффициент, принимаемый по таблице 5 приложения 2 [2]; MII - момент, действующий вдоль соответствующей стороны прямоугольной подошвы фундамента, кН∙м; а - сторона подошвы прямоугольного фундамента, в направлении которой действует момент MII; к_т - безразмерный коэффициент. b<10м - к_т =1; (см. таблица 3, приложения 2 [3]).

Коэффициент Пуассона vпринимается равным для грунтов: песков и супесей - 0,30. Должно выполнятся условие: i<i_u, где i_u = 0,5 √lp, предельно допустимый крен подошвы фундамента; lp - длина меньшего, примыкающего к опоре, пролёта моста, м.

MII = 15570 кН∙м

a = 3,7 м

E = 20 МПа

i=(1 – 0,3²)∙0,2∙15,570/[3,7/2]³·42] = 0,0025м

i_u= 0,5√48 = 3,4м

Условие i<i_uвыполняется.

Крен фундамента не превышает предельно допустимое значение.

2.6 Проверка положения равнодействующей активных сил

Для нескальных оснований фундамента мелкого заложения положение равнодействующей вертикальных нагрузок (по отношению к центру тяжести площади подошвы фундамента), характеризуемое относительным эксцентриситетом ео/r, должно быть ограничено для постоянных и временных нагрузок значением – 1,0, согласно п.7.7 и табл. 107 [2].

Эксцентриситет определяется по выражению

e_o = M/N,

а радиус ядра подошвы фундамента –

r = W/A,

где М = 15570 кН∙м - момент сил в площади подошвы фундамента, действующий относительно главной центральной оси подошвы фундамента; N =15592,95 кН - равнодействующая вертикальных сил; W =88,8 м³ — момент сопротивления площади фундамента; А =44,4 м² - площадь подошвы фундамента.

eo = 15570/15592,95= 0,999 м

r = 99.5/ 44,4= 2.2м

eo/r = 0,4995< 1,0

2.7 Расчёт фундамента на устойчивость против опрокидывания

Расчёт фундамента на устойчивость должен исключать возможность его опрокидывания во взаимно перпендикулярных направлениях площади подошвы фундамента [2, п. 1.40*]. Расчётная схема устойчивости основания фундамента представлена на рис. 3.2.

Устойчивость фундамента против опрокидывания определяется по формуле

Mu ≤ m∙Mz /γn

где М_и и M_z- соответственно моменты опрокидывающих и удерживающих сил относительно оси возможного поворота (опрокидывания) фундамента, проходящей по крайним точкам О опирания, кН∙м; т= 0,8 - коэффициент условий работы; γn = 1,1 - коэффициент надежности по назначению.

Момент удерживающих сил М_z рассчитываем по выражению

Mz = ∑ N1∙ b/2

M_z = 15592,95∙3,7/2 =28846,96 кН∙м

M_u= 1,2∙Т∙(h_ф + H) = 15570 кН∙м

15570 кН∙м< 0,8∙28849,96/1,1 = 20979,6 кН∙м

Рисунок 3 – Расчетная схема фундамента на устойчивость

2.8 Расчёт фундамента на устойчивость против поверхностного сдвига

Устойчивость фундамента против поверхностного сдвига (скольжения) подошвы относительно основания определяется по формуле [2, п. 1.41*]:

Qr ≤ m∙Qz /γn

где Q_r и Q_z — соответственно горизонтальные сдвигающие и удерживающие силы в плоскости подошвы фундамента, кН; т = 0,9 -коэффициент условий работы; γn = 1,1 - коэффициент надежности по назначению.

Определяем горизонтальные опрокидывающую и удерживающую силы:

Q_r = Т = 750 кН;

Q_z = f ∑N1

где f - коэффициент трения подошвы фундамента по грунту, принимаемый: для глин во влажном состоянии— 0,25 [2, п. 7. 14].

Q_z = 0,4∙15592,95 = 6237,18 кН

750 кН < 0,9∙6237,18/1,1 = 5103,15 кН

2.9 Проверка несущей способности подстилающего слоя грунта

Слои слабого грунта, залегающего ниже подошвы фундамента, отсутствуют.

Поэтому проверка несущей способности подстилающего слоя грунта не требуется.

2.10 Конструирование фундамента мелкого заложения

Переход от стаканной части фундамента к подошве обеспечивается путём устройства уступов (ступеней). Высота уступа фундамента принимается обычно не более 0,5 h_y, при этом отношение ширины уступа к его высоте не превышает tg30° = 0,577 [5, п. 7. 26]. Принимаем Высоту уступа 1 м, а ширину 0,5 h_y=0,5м.

3. Проектирование свайного фундамента

3.1 Глубина заложения и размеры ростверка. Длина и поперечное сечение свай