Курсач (стр. 4 из 5)

Расстояние между сваями а = 3×b = 1,2 м.

Так как фундамент является внецентренно нагруженным, то полученное расчетом количество свай увеличиваем на 30 % и принимаем 32 сваи, а с учетом расположения свай в ростверке (см. рис. 5) принимаем 33 сваи. Свесы ростверка принимаем равными 0,25 м, считая от наружных граней крайних рядов свай.

Определяем площадь ростверка свайного фундамента по формуле:

A_р = b_р×l_р = (1,4 м×2 + 0,4 м + 2×0,25 м)×(1,2 м×10 + 0,4 м + 2×0,25 м) =

3,7 м×12,9 м = 47,73 м².

Определяем вес ростверка свайного фундамента по формуле:

N_P,I = g_f×N_P,II = g_f×A_р×h_р×g_б = 1,2×47,73 м²×1,5 м×25 кН/м³ = 2147,85 кН.

Рис.5. План ростверка свайного фундамента

Определяем вес грунта, лежащего на обрезе ростверка свайного фундамента по формуле:

N_G,I = g_f×N_G,II = g_f×A_р×(d_р - h_р)×g_гр = 1,2×47,73 м²×0,6 м×17,248 кН/м³ = 592,74 кН.

Вес свай в свайном фундаменте определяется по формуле:

N_С,I = g_f×N_С,II = g_f×A_св×l_р,св×g_б×n=1,2×(0,4 м)²×17,2 м×25 кН/м³×33 =2724,48 кН.

Определяем нагрузку, действующую на каждую сваю:

N = (åN_o,I + N_G,I + N_С,I + N_P,I)/n = (37103,28 кН + 592,74 кН + 2724,48 кН + 2147,85 кН)/33 = 1289,95 кН < 2276 кН/1,4 = 1625,7 кН - условие выполняется.

Вычисляем моменты, действующие вдоль и поперек моста относительно плоскости подошвы ростверка свайного фундамента:

Изгибающий момент относительно плоскости подошвы ростверка свайного фундамента, действующий вдоль моста.

M_o,II = 6×(P₁ - P₂)×c₁ + T₁×(H + h₁ + h₂ + d_р) = 6×(1700 кН - 1550 кН)×0,5 м + 270 кН×(14,5 + 0,6 + 0,4 + 2,1) м = (450 + 4752) кН = 5202 кН×м.

M_o,I =g_f×M_o,II = 1,2×5202 кН×м = 6242,4 кН×м.

Изгибающий момент относительно плоскости подошвы ростверка свайного фундамента, действующий поперек моста.

M_o,II = T₂×(H + h₁ + h₂ + h₃ + d_f) + T₃×d_р = 230 кН×(14,5 + 0,6 + 0,4 + 3,2 + 2,1) м = 6779 кН×м; M_o,I =g_f×M_o,II = 1,2×6779 кН×м = 8134,8 кН×м.

Расчетную нагрузку на одну сваю во внецентренно нагруженном фундаменте при эксцентриситете относительно двух главных осей инерции определяем по формуле:

_{n n}

N = [åN_o,I + N_P,I + N_G,I + N_C,I]/n ± (M_x×y)/Sy_i²± (M_y×x)/Sx_i².

^{i=1 i=1}

x = 6,0 м, y = 1,4 м, Sx_i² = 6×[(1,2 м)² + (2,4 м)² + (3,6 м)² + (4,8 м)² +(6,0 м)²] = 475,2 м²,Sy_i² = 22×(1,4 м)² = 43,12 м².

N_max = 1289,95 кН + (6242,4 кН×м×1,4 м)/43,12 м² + (8134,8 кН×м×6,0 м)/475,2 м² = 1595,34 кН; N_min = 1289,95 кН - (6242,4 кН×м×1,4 м)/43,12 м² - (8134,8 кН×м×6,0 м)/475,2 м² = 984,56 кН.

N_max = 1595,34 кН < F_d/g_n = 2276 кН/1,4 = 1625,7 кН - условие выполняется.

N_min = 984,56 кН > 0 - условие выполняется.

Производим проверку несущей способности по грунту фундамента из свай как условного фундамента мелкого заложения. Условный фундамент принимаем в виде прямоугольного параллелепипеда с размерами, определяемыми согласно [14, 16]. Среднее значение расчетных углов внутреннего трения грунтов j_m, прорезанных сваями, определяют по формуле:

_n

j_m = åj_i×h_i/d = (35°×4,4 м + 19°×4,0 м + 16°×8,8 м)/17,2 м» 22°.

ⁱ⁼¹

Несущую способность основания условного фундамента проверяют по формуле, при этом подлежащие проверке среднее P, кПа (тс/м²), и максимальное P_max, кПа (тс/м²), давления на грунт в сечении 3-4 по подошве условного фундамента определяют по формуле:

N_c N_c [6a_c×(3M_c + 2F_h×d)]

P = ¾¾; P_max = ¾¾ + ¾¾¾¾¾¾¾¾ ,

a_c×b_c a_c×b_c b_c×[(k×d⁴/c_b) + 3×a_c³]

Размеры условного фундамента будут равны:

ширина условного фундамента

b_усл = 2×1,4 м + 0,4 м + 2×d×tg 22°/4 = 6,512 м,

длина условного фундамента

l_усл = 10×1,2 м + 0,4 м + 2×d×tg 22°/4 = 15,712 м.

Площадь подошвы условного фундамента

A_усл = b_усл×l_усл = 6,512 м×15,712 м = 102,32 м².

Общий объем условного фундамента

V_общ = A_усл×(d + d_р) = 102,32 м²×(17,2 + 2,1) м = 1974,78 м³.

Объем грунта

V_гр = V_общ - V_свай - V_роств = 1974,78 м³ - 90,816 м³ -71,595м³ = 1812,37 м³.

Вычисляем вес грунта по слоям с учетом взвешивающего действия воды:

N_G,I = g_f×N_G,II = (11803,3 + 8764,1 + 10878,9) кН = 31446,3 кН.

Среднее давление под подошвой условного фундамента, определенное по первой группе предельных состояний

Р_{ср, I} = [åN_o,I + N_P,I + N_C,I + N_G,I]/A_усл = (37103,28 + 2147,85 + 2724,48 + 31446,3) кН/102,32 м² = 717,6 кПа.

Определяем расчетное сопротивление грунта основания осевому сжатию согласно [9] и в результате получаем R = 1123,5 кПа. Проверяем условие P £ R/g_n. 717,6 кПа < 1123,5 кПа/1,4 = 802,4 кПа - условие выполняется.

Определяем максимальное P_max, кПа (тс/м²) давление на грунт по подошве условного фундамента вдоль и поперек моста.

- вдоль моста:

a_c = 6,512 м, b_c = 15,712 м, M_c = 6242,4 кН×м, F_h = 324 кН. P_max = 730,2 кПа.

- поперек моста:

a_c = 15,712 м, b_c = 6,512 м, M_c = 8134,8 кН×м, F_h = 1416 кН. P_max = 780,9 кПа.

Проверяем условие P_max£g_c×R/g_n = 1,2×1123,5 кПа/1,4 = 965,9 кПа -условие выполняется.

5.2. Расчет фундамента из забивных свай трения по второй группепредельных состояний (по деформациям)

Определяем среднее давление под подошвой условного фундамента от действия нормативных нагрузок (по второй группе предельных состояний):

P_ср,II = [åN_o,II + N_P,II + N_C,II + N_G,II]/A_усл =

= (30919,4 + 1789,875 + 2270,4 + 26205,3) кН/102,32 м² = 598 кПа.

Определяем осадку свайного фундамента как условного фундамента мелкого заложения.

Сжимаемую толщу разбиваем на слои толщиной не более 0,4×b_усл = 0,4×6,512 м = 2,6 м. Принимаем h_i = 2,5 м.

Расчет осадки фундамента мелкого заложения выполняется по формуле:

_n

S = b×å(s_zp,i×h_i)/E_i,

ⁱ⁼¹

где b - безразмерный коэффициент, равный 0,8; s_zp = a×P_o; s_zg,o = N_G,II/(A_усл – А_свай) = 26205,3 кН/(102,32 м² - 33×0,4 м×0,4 м) = 270 кПа - определяется с учетом взвешивающего действия воды; P_o = P - s_zg,o = 598 кПа - 270 кПа.= 328 кПа; P_ср,II = 598 кПа - среднее давление по подошве фундамента, определенное от действия нормативных нагрузок.

_n

s_zg = s_zg,o + åg_i×h_i,

ⁱ⁼¹

Нижняя граница сжимаемой толщи основания принимается равной на глубине z = H_c, где выполняется условие: s_zp = 0,1×s_zg.

Результаты расчета осадки свайного фундамента как условного фундамента мелкого заложения приведены в табл. 6.

Таблица 6

Расчет осадки свайного фундамента как условного фундамента

мелкого заложения

zi	z = 2×zi/bп	ai	szg,i кПа	szg,i,ср кПа	szp,i, кПа	szp,i,сркПа	hi, м	Ei МПа
0,000	0,000	1,000	250,00	308,00
261,23	288,98	0,5	20,75
2,500	0,768	0,8840	272,46	269,95
283,69	228,68	0,5	20,75
5,000	1,536	0,6323	294,92	187,40
306,15	155,85	0,5	20,75
7,500	2,303	0,4399	317,38	124,29
328,61	103,27	0,5	20,75
10,000	3,071	0,3117	339,84	82,24
351,07	68,60	0,5	20,75
12,500	3,839	0,2285	362,30	54,95
373,53	45,78	0,5	20,75
15,000	4,607	0,1726	384,76	36,61
395,99	30,22	0,5	20,75
17,500	5,375	0,1336	407,22	23,82
418,45	19,31	0,5	20,75
20,000	6,143	0,1061	429,68	14,80

Итак, осадка свайного фундамента:

S = 0,8×2,5 м×(308,98 кПа + 248,68 кПа + 175,85 кПа + 123,87 кПа + 88,6 кПа + 65,78 кПа + 50,82 кПа + 39,31 кПа)/20,75 МПа = 10,61×10^-2 м = 10,61 см,

что меньше предельно допустимой осадки S_max = 12 см.

Так как нижний слой грунта имеет постоянный модуль деформации, то проверку его несущей способности выполнять не следует [14].

Строим эпюру осадок для свайного фундамента.

Рис. 7. Эпюра осадок свайного фундамента.

Заключение

Задачей инженера, проектирующего фундаменты, является нахождение оптимального решения при помощи вариантного проектирования и оптимизационных методов расчета. В настоящее время выбор наиболее оптимального конструктивного решения фундамента осуществляется, как правило, путем технико-экономического сравнения вариантов устройства фундаментов по следующим показателям: экономической эффективности; материалоемкости; необходимости выполнения работ в сжатые сроки; величинам допустимых осадок и их возможных неравномерностей; возможности выполнения работ в зимнее время; трудоемкости выполнения работ и т.п.