Проектирование фундаментов мелкого и глубокого заложения под промежуточные опоры мостов (стр. 3 из 5)
2. Определяется среднее давление р под подошвой фундамента по формуле:
p = N / (bl) , (2.25)
где b, l – размеры подошвы фундамента, принимаемые по результатам расчёта по первой группе предельных состояний, м.
2. Сжимаемую толщу основания (рис.3.1) на глубину примерно 3b разбивают на элементарные слои толщиной hi ≤ 0,4b, где b – ширина подошвы фундамента. Границы элементарных слоёв должны совпадать с границами слоёв грунтов и уровнем подземных вод. Для облегчения расчётов рекомендуется принимать толщину элементарных слоёв hi одинаковой, а для того чтобы их границы совпадали с границами слоёв грунта или уровнем подземных вод, следует уменьшать толщину только тех элементарных слоёв, которые примыкают сверху к границам слоёв грунта или к границе подземных вод.
3. Определяются дополнительные вертикальные напряжения в середине (по толщине) каждого элементарного слоя по формуле:
szp,i = aip0 , (2.26)
где ai - коэффициент, принимаемый по табл.1 Приложения в зависимости от формы подошвы фундамента, соотношения сторон прямоугольного фундамента относи тельной глубины zi, = 2zi / b;
p0 = p - szg,0 - дополнительное вертикальное давление на основание (для фундаментов шириной b ³ 10 м принимается р0 = р), кПа;
szg, = g/d - вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента, кПа;
Рис. 3.1. Схема распределения вертикальных напряжений в линейно деформируемом полупространстве: NL - отметка поверхности природного рельефа; FL - отметка подошвы фундамента; WL - уровень подземных вод; В,С - нижняя граница сжимаемой толщи; d - глубина заложения фундамента от уровня поверхности природного рельефа; b - ширина фундамента; Нс – глубина сжимаемой толщи; р - среднее давление под подошвой фундамента; р0 - дополнительное давление на основание; szg и szg,0 – вертикальное напряжение от собственного веса грунта на глубине z от подошвы фундамента и на уровне подошвы; szp и szð,0 – вертикальное напряжение от внешней нагрузки на глубине z от подошвы фундамента и на уровне подошвы.
g/ - удельный вес грунта, расположенного выше подошвы фундамента (при заложении подошвы фундамента в песках необходимо учитывать взвешивающее действие воды на грунты, расположенные ниже уровня поверхностных (межевых) вод); в работе разрешается принимать по наибольшему значению для грунтов, расположенных выше подошвы, кН/м3;
d – глубина заложения фундамента, принимаемая по результатам расчёта по первой групппе предельных состояний, м.
5. Определяются вертикальные напряжения от собственного веса грунта szg на границе слоя, расположенного на глубине z от подошвы фундамента по формуле:
где gi и hi - соответственно удельный вес и толщина i-го слоя грунта.
Вычисление осадки фундамента s рекомендуется выполнить в табличной форме (табл.2).
Таблица 2
| Номер элементарного слоя, i | К построению эпюры szp | К построению эпюр szg и 0,2szg | ||||||||
| zi м | zi = 2zi / b | ai | szp,i , кПа | Ei , кПа | hi , м | si , см | gi кН/м3 | szg,i , кПа | 0,2szg,i кПа | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 10 | 11 | 12 |
| 1 | 2.5 | 0.4 | 0.975 | 163.94 | 25*103 | 2.5 | 1.6 | 19.4 | 138 | 27.6 |
| 2 | 5 | 0.6 | 0.903 | 151.83 | 25*103 | 2.5 | 1.5 | 19.4 | 186 | 37.2 |
| 3 | 7.5 | 0.8 | 0.866 | 145.6 | 22*103 | 2.5 | 1.6 | 20 | 239 | 47.8 |
| 4 | 10 | 1.2 | 0.717 | 120.55 | 22*103 | 2.5 | 1.3 | 20 | 289 | 57.8 |
| 5 | 12.5 | 1.6 | 0.578 | 97.18 | 22*103 | 2.5 | 1.1 | 20 | 339 | 67.8 |
| 6 | 15 | 1.8 | 0.521 | 87.6 | 22*103 | 2.5 | 0.9 | 20 | 389 | 77.8 |
| 7 | 17.5 | 2.0 | 0.463 | 77.84 | 22*103 | 2.5 | 0.8 | 20 | 439 | 87.8 |
| 8 9 10 | 20 22.5 25 | 2.4 2.8 2.0 | 0.374 0.304 0.278 | 68.88 51.11 46.74 | 22*103 22*103 22*103 | 2.5 2.5 2.5 | 0.7 0.5 0.4 | 20 20 20 | 489 539 589 | 97.8 107.8 117.8 |
10.4 szp,i – определяется по формуле (2.26);  zi – расстояние от подошвы фундамента до подошвы i-го элементарного слоя; n – количество элементарных слоёв, лежащих выше нижней границы сжимаемого слоя. Нижняя граница сжимаемой толщи основания принимается на глубине zi = Hc , где выполняется условие szр,i = 0,2 szg,i, т.е. на пересечении эпюр szр,i и 0,2 szg,i . | ||||||||||
По результатам вычислений строятся эпюры szр,i, szg,i и 0,2szg,i. Графически находится точка А пересечения эпюр szр,i и 0,2szg,i, определяющая положение нижней границы сжимаемой толщи. Определяется количество слоёв n= , лежащих выше нижней границы сжимаемого слоя и вычисляется полная осадка основания s.
После вычисления осадки s проверяется условие (2.22 а). 10.4<15 Условия выполняется.
2.3.2. Определение крена фундамента
Крен фундамента i при действии внецентренной нагрузки определяется по формуле:
i = (1 - n2)keTn(hf + hоп) / [E(a / 2)3] , (2.27)
где Е и n - соответственно модуль деформации (кПа) и коэффициент Пуассона грунта основания, принимаемый равным для грунтов: песков и супесей n = 0,30; ke =0.22;
Т = gf Tn – расчётная горизонтальная нагрузка на опору в уровне её верха при gf = 1,0 и (1 + m) = 0,28 кН; hf и hоп – соответственно высота фундамента и опоры, м; а - сторона прямоугольного фундамента, параллельная плоскости действия момента, м
i = (1-0.302)*0.29*686*10,5/(25000(8.33/2)3)=0.00058
После вычисления крена i проверяется условие (2.22 б). 0.00058<0.003.
3. Проектирование фундамента глубокого заложения
На водотоке, при его глубине до трёх метров, проектируются, как правило, свайные фундаменты с забивными призматическими железобетонными сваями и низкими жёсткими ростверками из монолитного бетона класса не ниже В15.
В курсовой работе, в целях сокращения объёма, рассмотрен расчёт только по первой группе предельных состояний, а именно расчёт по несущей способности грунта основания свай.
Свайные фундаменты и сваи по несущей способности грунтов основания рассчитываются по формуле:
Nсв £ Fd / gg = Р, (4.1)
где Nсв - расчетная нагрузка, передаваемая на сваю, кН;
Fd - несущая способность сваи (расчётная несущая способность грунта основания одиночной сваи), кН;
gg - коэффициент надежности по грунту, принимаемый равным 1,4;
Р - расчетная нагрузка, допускаемая на сваю, кН.
3.1 Определение глубины заложения ростверка и его размеров
Минимальная глубина заложения низкого ростверка на водотоке должна быть такой, чтобы его подошва располагалась ниже линии местного размыва грунта. Обрез низкого ростверка располагается так же, как обрез фундамента мелкого заложения (см. п. 3.1.3). Минимальная высота низкого ростверка должна быть не менее 1,5 м (hр ³ 1,5 м), при этом связь между размерами подошвы ростверка и его высотой такая же, как для фундаментов мелкого заложения и определяется соотношениями (2.5) при замене hf на hp.
За окончательные размеры ростверка принимаются минимальные, для которых удовлетворяются перечисленные выше условия.
3.2 Выбор длины и размеров поперечного сечения свай
Минимальная длина сваи определяется положением подошвы ростверка и кровли прочного грунта. Нижний конец свай следует заглублять в прочные грунты, прорезая более слабые. При этом заглубление забивных свай в грунты, принятые за основание под их нижние концы, должно быть средней крупности песчаные, пылевато-глинистые грунты с показателем текучести IL £ 0,1 - не менее 0,5 м, а в прочие нескальные грунты — не менее 1,0 м. Заглубление свай в неразмываемый и несрезаемый грунт должно быть не менее 4 м.
В курсовой работе рекомендуется принять сваи сплошного сечения с размерами 35´35 см.
3.3 Определение несущей способности сваи
Несущую способность Fd висячей забивной сваи сплошного квадратного сечения, работающей на вертикальную нагрузку, следует определять как сумму расчетных сопротивлений грунтов оснований под нижним концом сваи и на ее боковой поверхности по формуле:
Fd = RF + uSfili , (4.2)
где R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, определяемое; R=1930 кПа
F - площадь опирания на грунт сваи, принимаемая по площади её поперечного сечения, м2;
u - наружный периметр поперечного сечения сваи, м;
fi - расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа, f1=23;
li - толщина i-го слоя грунта (Рис.4.1а), соприкасающегося с боковой поверхностью, м;
Расчетная нагрузка Р, допускаемая на сваю, определяется по формуле (4.1).
Fd=1930*0,1225+1,4(1*43+1*43+1*44+1*44+1*47)=545,83кН
Р=545.83/1,4=389.88 кН
3.4 Размещение свай под подошвой ростверка
Сваи размещаются под подошвой ростверка не менее чем в три ряда, парал-лельных большей стороне фундамента. При этом как количество свай, так и расстояние между осями их крайних рядов должно быть наибольшими, при соблюдении конструктивных требований.