Проектирование фундаментов под опору моста (стр. 3 из 10)
– максимальная вертикальная сила действует на фундамент в сочетании 2, его следует использовать при конструировании фундамента, FV=N= 36747,68 кН;
– наиболее опасно для расчета прочности сочетание 6, при котором кроме большой вертикальной силы FV = 35595,68 кН действуют наибольшие горизонтальная сила Fh = 1474,60 кН и весьма большой момент Мx = 3833,96 кН∙м;
– при необходимости расчета устойчивости фундамента под опору моста следует использовать сочетание 4, в котором минимальному большому значению
FV= 35595,68 кН соответствуют весьма большое значение момента Мy=7973,28 кН∙м Fh = 705,6 кН.
3 Проверка прочности сечения по подошве фундамента
После того как определена нагрузка, действующая на фундамент, приступают к проектированию по следующим этапам:
– назначают глубину заложения и выбирают опорный пласт грунта;
– предварительно назначают размеры и определяют вес фундамента;
– определяют сопротивление грунта опорного пласта сжатию под подошвой фундамента;
– проверяют положение равнодействующей и устойчивость фундамента на опрокидывание и сдвиг;
– определяют среднюю осадку и крен фундамента.
В процессе работ при необходимости уточнят предварительно назначенные размеры фундамента.
Опорным пластом называют грунт, расположенный непосредственно под подошвой фундамента и воспринимающий от нее нагрузку.
Правильный выбор опорного пласта предопределяет надежность основания и представляет собой один из наиболее ответственных этапов проектирования; выбор опорного пласта осуществляется на основании детального изучения геологического разреза и результатов полевых и лабораторных исследований грунтов.
Желательно, чтобы толщина опорного пласта была не менее удвоенной ширины подошвы.
Наиболее надежны в качестве опорного пласта невыветрелая скала, крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем, твердые глины и суглинки, крупные и средней крупности плотные пески. Нельзя использовать в качестве опорного пласта торф, заторфованные грунты, глины и суглинки с показателем текучести IL> 0,6, рыхлые пески, грунты набухающие и просадочные.
3.1 Выбор отметки заложения подошвы фундамента
При конструировании фундаментов мелкого заложения в первом приближении назначают их размеры и заглубление подошвы. Подошву фундамента закладывают на такой глубине в пределах опорного пласта, чтобы были исключены промерзание лежащего под ней грунта (если он пучинистый) и возможность подмыва при прохождении паводка. Фундаменты во всех случаях закладывают на грунтах, обладающих достаточной несущей способностью.
При отсутствии размыва во все грунты, кроме скальных, массивные фундаменты опор заглубляют не менее чем на 1,0 м от дневной поверхности грунта или дна водотока. Если при этом грунт основания склонен к пучинообразованию (все грунты, кроме скальных, крупнообломочных, гравелистых и крупнопесчаных по нормам проектирования мостов) подошву фундамента располагают ниже расчетной глубины промерзания не менее, чем на 0,25 м. При возможности размыва грунта подошва массивного фундамента должна быть заглублена ниже уровня расчетного размыва не менее, чем на 2,5 м.
Максимальная глубина заложения массивного фундамента обычно не превышает 5 – 6 м от поверхности земли или рабочего уровня воды при строительстве на водостоке.
Фундамент следует заглубить в несущий слой грунта не менее, чем на 0,5 м.
Отметку плоскости обреза назначают на 0,5 м ниже горизонта самых низких вод.
Решение
Фундаменты опор заглубляем в предположении отсутствия размыва. Грунтовые условия строительной площадки: с поверхности до глубины 3,2м залегает слой песка мелкого рыхлого; ниже мощностью 10,1м до глубины 13,3м – слой суглинка тугопластичного; далее ниже мощностью 6,6м до глубины 19,9м – слой супеси пластичной; и ниже мощностью 3,7м до глубины 23,6м – мергель.
Так как первый слой представлен песком мелким рыхлым, то фундамент заглубляем на 0,8м во второй слой, т. е. высоту фундамента принимаем 4 м.
Ширину обреза СУ для фундаментов мелкого заложения опор мостов принимают в переделах 0,2 – 0,5 м. Примем СУ =0,5 м.
3.2 Определение размеров подошвы фундамента
Размеры фундамента в уровне обреза назначают несколько больше размеров надфундаментной части; это делается главным образом для того, чтобы после постройки фундамента произвести точную разбивку сооружения и расположить надфундаментную часть строго по проекту. Ширину уступов СУ в уровне обреза для искусственных сооружений принимают равной 0,2 – 1,0 м.
Размеры подошвы фундамента определяются прочностью грунтов основания. В подавляющем большинстве прочность грунтов значительно меньше прочности строительных материалов и фундаменты приходится развивать, уширяя их книзу. Фундаменты под массивные опоры мостов обычно делают из бетонной или буто
бетонной кладки. Фундаменты из бетона плохо работают на растяжение, и для предотвращения трещин максимальное развитие подошвы фундамента для мостовых сооружений ограничивается углом α = 300, что близко к углу распространения внутренних напряжений в кладке (рисунок 3.2). Такие фундаменты называют жесткими. Чаще всего ему придают ступенчатую форму, при которой упрощается конструкция опалубки и облегчается укладка бетонной смеси. В ступенчатых фундаментах высоту уступов назначают равной 0,7…2,5 м, ширину 0,4…1 м.
Размеры подошвы фундамента определяют по расчетным нагрузкам, действующим на уровне подошвы и по расчетному сопротивлению грунта, расположенного непосредственно под фундаментом, определяемого по формуле
, (3.1)где R0 – условное сопротивление грунта, кПа. Для супесей, суглинков и глин с IL < 0 R0 = 1,5 Rпс и следует принимать для супесей не более 981 кПа; для суглинков не более 1962 кПа; для глин не более 2943 кПа;
Rпс – предел прочности на одноосное сжатие образцов пылевато–глинистого грунта природной влажности, кПа;
k1 и k2 – коэффициенты;
b – ширина подошвы фундамента, м (если b> 6 м, то принимаем b= 6 м);
γ' – средний удельный вес грунта в пределах глубины d без учета взвешивающего действия воды, кН/м3;
d – глубина заложения фундамента, м;
Слагаемое 1,5 γω hω– пригрузка водой, учитывается, если основание сложено глинами и суглинками,
где γω – 9,81∙10 кН/м3 – удельный вес воды;
hω – глубина воды, от УМВ до уровня местного размыва, м.
Далее учитываем собственный вес фундамента, вес грунта, расположенного на его уступах и давление воды на уступы. Эти нагрузки зависят от размеров фундамента, а потому в начале расчета еще не известны. Размеры подошвы фундаментов определяем путем последовательного приближения. В первом приближении можно определить площадь А, м2 подошвы фундамента по формуле
А= К3∙FV/R, (3.2)
где К3 – коэффициент, равный при внецентренном действии силы FV –1,2… 1,6; при центральном – 1,2 … 1,3;
FV – расчетная вертикальная сила, действующая по обрезу фундамента, кН;
R – определяется по формуле 3.1.
По найденному значению А устанавливают размеры подошвы фундамента, намечают число и размеры его ступеней. При этом учитывают форму и размеры площадки, по которой фундаменту передается (на уровне обреза) нагрузка от сооружения и необходимость устройства выступов на уровне обреза. Затем с учетом принятых в первом приближении размеров фундамента определяют нагрузки в различных сочетаниях, действующие по его подошве, и расчетное сопротивление грунта при уточненных размерах фундамента.
При вычислении веса фундамента и грунта на его уступах нужно учитывать взвешивающее давление воды. В несвязных и супесчаных водонасыщенных грунта взвешивание водой учитывается во всех случаях, в связных грунтах – только не в водоупорных грунтах.
Решение
В первом приближении при соответствующих грунтовых условиях можно определить размеры фундамента под опору моста из конструктивных требований (рисунок 3.2), учитывая, что ширина уступов фундамента во всех направлениях одинакова и принимается в пределах СУ = 0,2 – 1 м. Таким образом, приняв СУ = 0,5 м, получаем следующие размеры:
– первая ступень а1хb1 = 9,6х6,1 м;
– вторая ступень а2хb2 = 10,6х7,1 м;
– третья ступень а3хb3 = 11,6х8,1 м;
– четвёртая ступень а4хb4 = 12,6х9,1 м.
Рисунок 3.2 – Размеры обреза опоры и ступеней фундамента.
Высоту ступени принимаем 1м, чтобы выполнить условия развития угла α= =300.
Определяем нормативный собственный вес фундамента
GФ = 24∙(1∙9,6∙6,1+1∙10,6∙7,1+1∙11,6∙8,1+1∙12,6∙9,1) = 24·(58,56+75,26+93,96+
+114,66) = 8218,56 кН.
Вес воды на поверхности уступа фундамента
GW= 10∙(9,6∙6,1 – 5,1∙3,5 – 3,14∙5,12/4)∙2,6 = 10·(58,56 – 17,85 – 20,42)∙2,6 = =527,60 кН.