На суходоле следует проектировать свайные фундаменты с низким ростверком. Обрез низкого ростверка располагается так же, как обрез фундамента мелкого заложения на естественном основании.
Подошва низкого ростверка располагается на глубине 1,3 м.
Сваи заделаны в ростверк на длину 0,7 м.
3.1.1 Назначение длины и поперечного сечения свай
В курсовой работе принят вариант свайного фундамента на забивных призматических сваях, для таких свай рекомендуется применять забивные железобетонные сваи сплошного квадратного сечения (сеч. 30x30, 35x35, 40x40 см), выбираем сваи сечением 40x40 см (см. приложение Б, таблица Б.1).
Длина сваи определяется положением подошвы ростверка и кровли прочного грунта, в который целесообразно заделывать сваю. Длину принимаем равной 7 м.
3.1.2 Определение несущей способности сваи
Так как действуют не небольшие горизонтальные нагрузки, и принят низкий ростверк, сваи размещаем вертикально.
Расчет свай по первому предельному состоянию заключается в определении несущей способности свай (допускаемая нагрузка на сваю) по грунту, так как свая висячая (Е=20 МПа<50 МПа).
Несущая способность висячей забивной и вдавливаемой сваи всех видов определяется по формуле
Fd=γc(γcRA + u∑γcfifi∙hi),
где γc; γcRγcfi = 1 — соответственно коэффициенты условий работы сваи в грунте, работы грунта под острием сваи и по боковой поверхности для забивных призматических свай [5, таблица 3]; R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, принимаемое по таблице [5, таблица 1]; A -площадь опирания сваи на грунт, м2; и - наружный периметр поперечного сечения сваи, м; fi - расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа, принимаемое по таблице [5, таблица 2]; hi -толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м.
В формуле суммировать сопротивления грунта следует по всем слоям грунта, пройденным сваей, при этом пласты грунтов под подошвой ростверка следует делить на однородные слои с hi < 2 м.
u=1,4 м
R = 7356 кПа
Fd=1∙[1∙7356∙0,16+1,4∙1∙(7∙1+7 ∙1+7,13∙1,2+7,42∙1,2+7,54 ∙1,2+61∙2 + +0∙0,7)] = 1228,6 кН
3.1.3 Определение расчетной нагрузки на сваю
Количество свай в фундаменте определяется по формуле
n = ηN1/Fdрасч
где N1- расчётная нагрузка, передаваемая на свайный фундамент, определяемая в общем случае по формуле
N1 = 1,2 (Р0+Рп+Рр+Рг) +1,13Ртр,
где Рр — вес ростверка, МН; Fdрасч — расчётное сопротивление одиночной сваи, МН; η - коэффициент, учитывающий перегрузку отдельных свай от действующего момента, равный 1,2.
N1 = 1,2∙(373,5 + 1350) + 1,13∙6075= 8932,95 кН
Расчётное сопротивление одиночной сваи, определяемое как наименьшее из двух
Fd расч= min(Fdm, Fd)/γn
где γn=1,4 — коэффициент надежности.
Fdрасч = 1228,6/1,4 = 877,6 кН
n = 1,2∙8932,95/877,6 = 12,2
Так как в определении N1 не был учтен вес ростверка и грунта на его уступах, принимаем n= 21
3.1.4 Определение размеров ростверка
В курсовой работе принимаем вертикальные сваи, размещая их равномерно в рядовом порядке. Расстояние от края подошвы ростверка до наружного края сваи r = 0,3 м (г > 0,25 м), а между осями свай а = 1,2м (3d <а<(5...6) d - для висячих свай), где d = 0,35 м- размер поперечного сечения сваи. После размещения свай в плане окончательно определяют длину и ширину ростверка.
3.2 Расчет деформации основания свайного фундамента
3.2.1 Проверочный расчет свайного фундамента по несущей способности
Обычно проверяют крайнюю, наиболее удаленную сваю, на расчётную нагрузку N со стороны наибольшего сжимающего напряжения. При этом распределение вертикальных нагрузок между сваями фундаментов мостов определяется расчётом их как рамной конструкции. В курсовой работе допускается проверить усилие в свае с учётом действия одной горизонтальной силы Т (в плоскости вдоль моста) по следующей формуле:
N/n + M1∙Ymax/∑Yi² ≤ Fd
где Mi - расчётный момент в плоскости подошвы ростверка от сил торможения, в которой вместо hф принимается высота hpростверка; Ymax -расстояние от главной центральной оси подошвы фундамента до оси крайнего ряда свай в направлении действия момента М1 (в плоскости вдоль моста); Yi - расстояние от той же оси до оси каждой сваи; Fd - расчётное сопротивление одиночной сваи; п - число свай; N- полная расчётнаявертикальная нагрузка с учётом веса свай, определяемая по формуле
N=l,2(Po+Pn+Pp + PCB+Pr)+1,13Pтp,
Если условие не удовлетворяется, т.е. N>Fd, то необходимо пересчитать несущую способность сваи, увеличив её длину или поперечное сечение.
N = 1,2(373,5+1350+745,4+877,6+240,8)+1,13·6075=11169,5 кН
n = 21
M1 = 1,2∙Т∙(H + hp) = 1,2∙750∙(11,4+4,4) = 14220 кН∙м
Ymax = 1,75 м
∑Yi² = 42,88 м²
11169,5/21 +14220∙1,75/42,88 = 1112,4 кН < Fd =1228,6 кН
3.2.2 Определение границ условного массивного фундамента
Для перехода от свайного фундамента к условному массивному фундаменту определяются границы условного массивного фундамента в соответствии с [2,приложение 25]. Для этого находят средневзвешенное значение угла внутреннего трения грунтов, пройденных сваями
φm= ∑φi ∙hi/lp
где φi - расчётное значение углов внутреннего трения отдельных пройденных сваями слоев грунта; hi - толщина слоев грунта, пройденных сваями; lp= ∑ hi = 6,3 м - расчётная глубина погружения свай от подошвы ростверка.
φm=(19·2+39∙3,6+20∙0,5)/6,3 =30º
Построение свайно-грунтового массива УСГМ: Нижняя граница условного массивного фундамента проходит на отметке торцов свай. Из точки пересечения крайней сваи и подошвы ростверка откладываем угол φm /4 до пересечения с нижней границей условного массивного фундамента и поднимаем вертикали до верхнего уровня грунта.
Ширина условного массивного фундамента
bУГСМ = d + a∙(t-l) + 2tg(φm /4),
где d= 0,4 м - поперечный размер сваи, м; а = 1,75 м - расстояние между сваями, м; t - количество рядов свай, шт.
Аналогично ширине bусгм определяется и длина lусгм подошвы условного массивного фундамента.
t1= 3; t2= 7
bусгм=4,16 м; lусгм=11,16
3.2.3 Проверка напряжений по подошве условного фундамента
Проверка напряжений по подошве условного фундамента производится по формулам
p =Nc/ lусгм ∙bусгм≤ γс ∙R / γn
p =Nc/ lусгм ∙bусгм + 6lусгм (3Mc + 2Т∙hp)/ bусгм(к∙ hp4/cb + 31³усгм ) ≤ γс ∙R / γn
где Nc -расчётная нормальная нагрузка в основании условного массивного фундамента, кН; определяется как сумма нагрузки на обрезе фундамента N и массы свайно-грунтоеого массива Gусгм; Mc - расчётный момент по подошве ростверка, кН∙м; (за плечо принять высоту ростверка hр);1усгм и bусгм - соответственно длина и ширина условного массивного фундамента, м; R - расчётное сопротивление грунта в уровне подошвы условного массивного фундамента, МПа, при b = bусгм и d = dусгм; hp — глубина заложения условного фундамента, определяемое от подошвы ростверка до нижних торцов свай, м; к — коэффициент пропорциональности, определяющий нарастание с глубиной коэффициента постели грунта, расположенного выше подошвы фундамента; cb — коэффициент постели грунта в уровне подошвы условного фундамента, kH/м3[определяемый по формулам при hp<10 м, Сь = 10 к; T— горизонтальная составляющая внешней нагрузки (тормозная сила), кН .
Nc =1,2∙(Po + Pп + Gугсм) + 1,13∙Ртр
Gугсм = (4,5∙9,6 + 3,6∙10,25 + 0,5∙11,01)∙4,16∙11,16 = 3974,03 кН
Nc =1,2∙(373,5 + 750 + 3974,03) + 1,13∙6075 = 12981,8 кН
R = 1.7{R0[1 + k1(bугсм-2)] + k2γ(dугсм -3)},
R = 1.7{318,5[1 + 0,1(4,16-2)] + 3∙11,01∙(8,8 -3)}=984,1 кПа
p=12981,8/11,16∙4,16 = 279,6 кПа < 843,5 кПа
p= 279,6+ 6∙11,16∙(3∙14220 + 2∙750∙6,3)/[2,9∙(0,09∙6,34 + 3∙11,16³)] = 558,7 кПа<1034,7 кПа
3.2.4 Расчёт деформации основания свайного фундамента
Расчёт деформации основания свайного фундамента сводится к определению её для условного массивного фундамента площадью подошвы на естественном основании с использованием расчётной схемы. При этом равнодействующая всех вертикальных сил складывается из вертикальных сил (по заданию), действующих на обрезе фундамента и массы свайно-грунтового массива.
Выполняется построение эпюр бытовых и дополнительных давлений, определяется нижняя граница сжимаемой толщи В.С.
Рассчитывается осадка условного свайного фундамента. Проверяется условие S<Sn,где S - расчётная осадка, см; Sn — нормативное допускаемое значение осадки [2,п.1.47].
Различные по величине осадки соседних опор не должны вызывать появления в продольном профиле дополнительных углов перелома, превышающих для автодорожных и городских мостов 2 ‰
σzgо= γodo = 1,6∙10 + 4,5∙20 + 3,6∙19,9 + 0,5∙20,6 = 187,9 кПа
σzро = р - σzgо=558,7 – 187,9= 370,8 кПа
σzрi= αi∙ σzро
σzg= σzgо + ∑ γihi
η = lусгм /bусгм = 11,16/4,16 ≈ 2,6
ξ = 2z/ bb = 4,16 м
Условие σzрi=0,2∙σzgiвыполняется при z = 10,8 м
Осадка фундамента S = 7,9 см.
Максимально допустимый угол перелома при осадке опор не более 2‰, величина пролета 48 м =4800 см.
7,9/4800 = 0,0016 =1,6‰ < 2‰
Величина осадки фундамента не превышает нормативную осадку по СНиП.
Таблица 4 – 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 | 9,6 | 0 | 1 | 370,8 | 187,9 | 37,6 | 10 | 0 |
| 1,2 | 1,2 | 9,6 | 0,6 | 0,92 | 341,1 | 199,4 | 39,9 | 10 | 3,2 |
| 2,0 | 0,8 | 9,6 | 0,96 | 0,82 | 304,1 | 207,1 | 41,4 | 10 | 1,9 |
| 3,2 | 1,2 | 10,25 | 1,5 | 0,62 | 229,9 | 219,4 | 43,9 | 42 | 0,5 |
| 4,4 | 1,2 | 10,25 | 2,1 | 0,53 | 196,5 | 231,7 | 46,3 | 42 | 0,4 |
| 5,6 | 1,2 | 10,25 | 2,7 | 0,37 | 137,2 | 244 | 48,8 | 42 | 0,3 |
| 6,8 | 1,2 | 11,01 | 3,3 | 0,31 | 118,7 | 257,2 | 51,4 | 28 | 0,4 |
| 8,0 | 1,2 | 11,01 | 3,8 | 0,27 | 100,1 | 270,4 | 54,1 | 28 | 0,3 |
| 9,2 | 1,2 | 11,01 | 4,4 | 0,19 | 71,7 | 283,6 | 56,7 | 28 | 0,2 |
| 10,4 | 1,2 | 11,01 | 5 | 0,18 | 66,7 | 296,8 | 59,4 | 28 | 0,2 |
| 11,6 | 1,2 | 11,01 | 5,6 | 0,13 | 48,5 | 310,0 | 62 | 28 | 0,1 |
∑ 7,9