Расчет и конструирование фундамента под промежуточную опору моста

   Расчет на устойчивость фундамента обычно производят для устоев мостов и в случаях, когда равнодействующая сил по подошве фундамента выходит за пределы ядра сечения.

   Расчет на устойчивость  против опрокидывания производят  по формуле:

,

где Мu – определяется по формуле:

 мН*м

       Мz – предельный удерживающий момент, определяется по формуле:

,

где 0,8 – коэффициент перегрузки, уменьшающий воздействие сопротивляющихся опрокидыванию сил;

 мН*м

   Расчет на устойчивость  против сдвига производится по формуле:

,

где γс – коэффициент условий работы; для фундаментов на нескальных основаниях принимаем – 0,9;

        γn =1 – коэффициент надежности по назначению сооружения.

        Qτ – расчетная сдвигающая сила:

Qτ=1,1T=1,1*0,66=0,73

        Qz – предельная удерживающая сила:

Qz=μ[0,9(P0+Pn+γfPk+A*hф*γср)]=0,4[0,9*(4,4+1,49+1,13*6,6+51*6,0*0,02)]=7,01

где μ – коэффициент трения, принимаем равным – 0,40 для песков.

0,104≤0,9 – условие выполнено.

 

3.6. Расчет осадки фундамента на естественном основании.

   Определим напряжение в подошве фундамента:

σzpo=Pm-γd

σzpo=310-19,7*5=211,5 кПа,

где σzpo – вертикальное напряжение в грунте под подошвой фундамента;

       Pm – среднее давление на грунт от нормативных постоянных нагрузок;

        γ – удельный  вес грунта.

    Определим границы сжимаемой  толщи:

   а) построим график изменения  напряжений от собственного веса  грунта:

σz=γh

σz1= γраст*h1=12,4*1=12,4 кПа

σz2= γпеска*h2+ σz1=19,7*7,2+12,4=154,24 кПа

σz3= γ3*h3+ σz2=20,1*3,4+154,24=222,58 кПа

σz4= γ4*h4+ σz3=19,8*2+222,58=262,18 кПа

 

   б) построим график напряжений  от нагрузки в подошве фундамента:

σzp=α*σzpo

   Разбиваем активные зоны  Д на элементарные слои:

hi≤0,4b – однородный грунт

σzp=α(ξ;ɳ)Р   b=4,9 м   h≤0,4b=1,96 1

Таблица 3

Z	ξ=h*z/b	α	ɳ	σzp=α*σzpo
0	0	1,000	2,08	211,5
4	1,63	0,595	2,08	125,8
10	4,08	0,195	2,08	41,24
14	5,71	0,109	2,08	22,95

 

  Определим сжатие элементарного слоя Si:

Таблица 4

h, м	ξ= h*z/b	ɳ =l/b	α	σzp= σzp0*α
1,9	0,77	2,08	0,871	184,2
3,0	1,22	2,08	0,728	153,97
4,95	2,02	2,08	0,484	102,37
6,50	2,65	2,08	0,326	69,05
8,40	3,43	2,08	0,251	53,09
9,00	3,67	2,08	0,2295	48,54

 

 

 

 

 

Определяем общую осадку:

∑Sобщ=1+0,5+0,8+0,4+0,36+0,09=3,15 см

   Определим предельно допустимую  осадку сооружения по формуле:

∑S≤Su 3,15≤8,6 – условие выполняется.

 

3.7. Определение положения равнодействующей.

   Для промежуточных опор  мостов с фундаментами мелкого  заложения на нескольких грунтах  положение равнодействующей при  дополнительных сочетаниях нормативных нагрузок должно удовлетворять условию:

,

где – эксцентриситет равнодействующей относительно центра тяжести подошвы фундамента;

         r – радиус ядра сечения подошвы фундамента, r=l/b, где

         l и b – длина и ширина подошвы фундамента.

   Момент МII определим по формуле:

МII=Т(ho+1,1+hcp)=0,48*(6,6+1,1+4,8)=6

   Нагрузку NII определим по формуле:

NII=Po+Pn+Pf+Pg+Pm=4,4+1+(4,8*0,02*50)=10,2

=0,59≤r=2,08 – условие выполняется.

 

3.8. Расчет крена фундамента и горизонтального смещения верха опоры.

   Крен прямоугольного фундамента вдоль его поперечной оси определяют по формуле:

i ,

где v – коэффициент Пуассона;

      ЕII – модуль деформации грунта, основания;

      МII – опрокидывающий момент от нормативных нагрузок;

      b – ширина подошвы фундамента;

      Km – коэффициент, принимаемый равным 1;

      Ke – коэффициент, принимаемый по табл. 5 прил.2

   Горизонтальное смешение  верха опоры:

Sr=io* ,

где - расстояние от подошвы до верха опоры, см

=ho+hф+110=660+480+110=1250 см=12,5 м

Sr=0,00033*1250=0,413 см=0,00413 м

   Полученное смещение не  должно превышать предельной  величины:

,

где lp – длина меньшего примыкающего к опоре пролета, м.

Sr≤Snp

0,00413≤2,87 – условие выполнено.

 

4. Проектирование свайного  фундамента.

 

4.1. Определение глубины заложения и предварительное назначение

размеров ростверка.

   На суходоле и в водотоке при глубине воды менее 3 м следует проектировать свайные фундаменты с низким ростверком. Плита, объединяющая группу свай в единую конструкцию, называется ростверком. Обрез низкого ростверка располагается так же, как обрез фундамента мелкого заложения на естественном основании.

   Примем в наших расчетах, что мы имеем дело с непучинистыми  грунтами. Это значит, что подошва  свайного ростверка может находиться  на любой глубине. Мы берем за hсв.р.=2,0 м.

 

4.2. Длина и поперечное сечение свай.

   Сваи типа СН       а=40 см

                                  lр=9 м

 

4.3. Определение расчетной несущей способности сваи.

   При небольших горизонтальных нагрузках и низких ростверках сваи, как правило, размещаются вертикально.

   Расчетное сопротивление  сваи по грунту определяют  по формуле 

Fd=R*A+u∑fihi,

где А – площадь поперечного сечения сваи, м ;

       R – расчетное сопротивление грунта под нижнем концом сваи, по таблице R=6,12 ;

       U – наружный периметр сваи;

       fi – расчетное сопротивление i – слоя грунта основания по боковой поверхности сваи, МПа;

       hi – толщина i – слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью, м.

А=0,36 м

Fd=6,12*0,36+1,6*(0,048*2+0,056*2+0,060*2+0,064*2+0,064*1) =1,62 МПа

       Z0=11,25 м – глубина погружения сваи от поверхности земли

       Z1=3,25 м;   Z2=5,25 м;   Z3=7,25 м;   Z4=9,25 м;   Z5=10,75 м;  

 

4.4. Определение числа свай, их размещение и уточнение размеров ростверка.

   Определяется расчетная  нагрузка, допустимая на сваю  по формуле:

,

где γk – коэффициент надежности.

   Количество свай определяется  по формуле:

принимаем n=18 свай

где {1,1(Р0+Рп+Amin*hсв.р.*0,02)} – расчетная нагрузка, передаваемая на сваю;

       η – коэффициент, приближенно учитывающий перегрузку  отдельных свай от действующего  момента.

 

4.5. Проверочный расчет свайного фундамента по несущей способности (по первому предельному состоянию).

   Обычно проверяют расчетную нагрузку на крайнюю сваю со стороны наибольшего сжимающего напряжения.

   При этом распределение  вертикальных нагрузок между  сваями фундаментов определяют  расчетом их как рамной конструкции.

   Проверяем фактическое усилие  в свае по формуле:

Fфакт≤F

1,59≥1,16 – условие не выполняется

Так как условие не выполняется, то увеличиваем количество сваи до 27 по 9 в каждом ряду:

   При n=27                     

≤1,16 – условие выполнено

 

4.6. Расчет свайного фундамента, как условного массивного.

   Проверка свайного фундамента  по формулам:

Первое условие:

     

- условие соблюдается.

Второе условие:

 

 

 

0,412≤1,01 - условие соблюдается.

5. Технология сооружения  фундамента и техника безопасности.

 

5.1. Основные положения.

      Независимо от типа свай и оболочек, за исключением набивных и буровых, фундаменты сооружают по общей технологической схеме, состоящей из изготовления несущих элементов, погружения их в грунт и устройства плиты. При возведении фундаментов из набивных и буровых свай отпадают работы, связанные с погружением, поскольку их изготавливают в грунте.

Работы по сооружению фундаментов начинают с разметки (закрепления) на местности контура котлована и положения в плане несущих элементов. Затем погружают в грунт до проектной отметки сваи, срезают их верхнюю часть на проектной отметки, устанавливают арматуру и опалубку плиты и бетонируют её.

Практика строительства фундаментов показывает, что около половины затрат стоимости и труда связано с работами по устройству или погружению несущих элементов в грунт. Поэтому технология сооружения фундамента, по существу, определяется этим видом работ, оказывающим решающее влияние на способ и последовательность устройства крепления и разработки котлована, необходимость применения и конструкцию подмостей для установки на них и перемещения сваепогружающего оборудования, выбор типа крана для обслуживания всех операций и т. п.

Сваи погружают в грунт преимущественно при помощи молотов и вибраторов; значительно реже практикуют задавливание, установку в предварительно пробуренные скважины и другие методы.

Обычно для сокращения сроков строительства и повышения степени использования технологического оборудования (копров, молотов, вибропогружателей, кранов и т. п.) при минимальном его количестве работы одновременно производят на нескольких фундаментах:

на первом – бетонируют плиту;

на втором – погружают сваи;

на третьем – разрабатывают котлован.

 

5.2.  Устройство крепления.

        Котлованы в шпунтовом ограждении устраивают: на открытых водотоках; на местности, не покрытой водой в неустойчивых и водоносных грунтах и в стесненных условиях возведения опор вблизи действующих транспортных или других сооружений.

Для шпунтовых ограждений в качестве материала используется дерево или прокатный металл специального профиля.

       Ограждения из деревянного шпунта применяют при глубине погружения его в грунт до 4-6 м при отсутствии в грунте включений, препятствующих погружению шпунта.

Шпунт следует изготовлять из леса хвойных пород не ниже 2-го сорта, При длине шпунта не более 3 м допускается применение шпунта из лиственных пород (берёзы, осины).

        Наилучшая форма гребня и паза шпунта - прямоугольная. Гребень треугольной формы применяют при толщине шпунта не более 8 см.

        Для удобства погружения деревянный шпунт сплачивают в пакеты из двух-трёх шпунтин, скрепляемых скобами впотай через 100-150 см, а по концам -через 50 ем.         Скобы (диаметр 14-16 мм) забивают в шпунт под углом 45 градусов попеременно в противоположных направлениях.