Технико-экономическое обоснование выбора фундамента мелкого заложения (стр. 1 из 4)

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 IL, д.е.	IL=( 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 Р_п/2, соответствующих давлению от примыкающих к данной опоре двух пролетных строений;

сила воздействия на опору Р_тр от временной подвижной вертикальной нагрузки, являющаяся равнодействующей сил Ртр/2, полученных от загрузки примыкающих к опоре пролетов; масса опоры Р_о - 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:

d_f=k_hdfn,

где k_h, - 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 ,k_h = 1.1.

d_f=k_hdfn=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

A_min=(A + 2c)-(B + 2c),

где А и В - ширина и длина надфундаментной части опоры в плоскости обреза фундамента, принимается по заданию.

A_min=(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 = ∑ γihi / ∑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 p_min — 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; γ_с=1,2 - коэффициент надёжности по назначению сооружения; γ_п=1,4 - коэффициент условий работы.

Определяем нормальную N1 и моментную нагрузки М1 , действующие на основание

N1 = 1,2(Р₀+Р_п+Рф+ Р_г) + 1,13∙Ртр,

М1 = 1,2Т(Н+h_Ф),

где Рф и Р_г — 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; h_ф — высота конструкции фундамента, м. Расчётные величины Р_о, Р_п, Р_тр, 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

Р_ф+ Р_г +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 кПаpmax=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

Р_ф+ Р_г +Рв=5.7·20·52+1.1·10·52 = 6500 кН