Расчет и конструирование фундамента под промежуточную опору моста

  (3.11) 
Q_T=1,1*Т=1,1*0,51=0,56 MH (3.12)

где    Q_z - предельная удерживающая сила, МН;

μ - коэффициент трения, для песков принимаемый равным 0,40;

γ_с - коэффициент условий работы, принимаемый равным 0,9;

γ_п - коэффициент надежности по назначению сооружения, принимаемый

равным 1;

Q_Z=0,4*[0,9*(4,7+1,06+104*6,1*0,02)+1,14*5,10]=9,10MH

  - условие выполняется

Проверки    выполняются,    следовательно    устойчивость    фундамента    на 
опрокидывание и сдвиг обеспечены.

 

 

3.5. Расчет осадки фундамента (по 11 группе предельных состояний - по 
деформации)

Вычерчиваем геологический разрез в масштабе с указанием положения 
фундамента (рис. ). Границы слоев грунта отмечены штриховкой.

Определим полную вертикальную расчетную нагрузку N2 по подошве 
фундамента. Нагрузка по обрезу фундамента

N=P₀+P_n= 7+1,06=8,06 МН (тс) (3.13)

Поскольку фундамент  врезан в водопроницаемый грунт, учитывается 
взвешивающее действие воды на фундамент. Тогда при удельном весе материала 
фундамента (бетон) во взвешенном состоянии

γsdф -γw = 24-10 = 14кН/м³, получим 
Р_ф= 14(2*3* 10,4+2*4* 10,4)=2038,4 Н

Так как фундамент  находится в водопроницаемом  и водонасыщенном грунте, 
то вода не будет оказывать давление на уступы фундамента Р_в=0.

Давление  песка на нижние уступы фундамента определим с учетом 
взвешивающего действия воды

Р_r= 1*10*0.5*10.4*2=104 кН.

Так как песок  находится во взвешенном состоянии, то его удельный вес

γ_sd = (26.4-10)/1+ 0.7) = 9.65кH/м³

Полная вертикальная расчетная нагрузка по подошве фундамента: 
N₂= N+Рф+Р_В1+Рв₂+Рr=1020,4 ≈ 10,2МН    (3.14)

Среднее давление под подошвой фундамента

P=N₂/A= 10,2/4*10,4=0,25 МПа ≈2,5кг/см² (3.15)

Слева от оси  фундамента строим в масштабе эпюру  вертикального напряжения 
от собственного веса грунта   δ_zg (рис.   ). Она начинается на уровне дна водотока

(без учета  размыва). Таким образом, напряжение  на кровле слоя песка равно  нулю, а 
на уровне его подошвы

δ _zg = 9.65 * 7.2 = 69.5 = 0.07МПа

Напряжение на уровне подошвы фундамента

 

  (3.16)

где    γsd2 – удельный вес песка во взвешенном состоянии; 
h1 – толщина слоя песка;

Отсюда  σ_zg0=69.5+9.65*5=117,75 кН/м³=0,12 МПа;

Напряжение σ^/_zg в уровне подошвы слоя суглинка (водоупор) имеет скачок и 
определяется по формуле:

  (3.17)

Где γ_w- удельный вес воды, 10 кН/м³; h_w - высота слоя воды

σ^//_zg2=19,23*7,2+10*l,6=154,46кH/M³=0,154 МПа 
На глубине 4,5 м от кровли суглинка

σ^// _zg3=154,46+19,49*4,5=242Д7кН/м³=0_,242МПа.

Строим эпюру σ_zp дополнительных вертикальных напряжений. Ширина 
фундамента b=10м, тогда максимальная толщина элементарного слоя h1 ≤ 0,4*10 = 4м.

принимаем толщину  элементарных слоев 2,2 м и 2,5 м.

Дополнительное вертикальное давление на основание в уровне подощвы 
фундамента

σ_zp0= P- σ_zp0= 0,25-0,12=0,13 МПа (3.18)

Коэффициент

Далее определяем нижнюю границу сжимаемой толщи (B.C.). Она находится 
на горизонтальной плоскости, где соблюдается условие:

  (3-19)

Осадка каждого  блока грунта определяется по формуле

 (3.20) 
где    β=0,8 - безразмерный коэффициент для всех видов грунтов;

 

σzpi.cp – среднее дополнительное вертикальное напряжение в i-м слое 
грунта, равное полусумме напряжений на верхней и нижней границах 
слоя, толщиной hi.

Осадка основания  фундамента получается суммированием  величины осадки 
каждого слоя в пределах Н_с. Она не должна превышать предельно допустимой 
осадки сооружения данного типа, определяемой по формуле

где    S_u - предельно допустимая осадка, см;

1_Р - длина меньшего примыкающего к опоре пролета, м.

Все вычисления сводим в табл. 3.1.

Таблица 3.1. Расчет осадки опоры

Номер  элемен-  тарного  слоя	Глубина  слоя в  долях ширины  фунда-  мента	Глубина от  подошвы  фунда-  мента zi,  м	Толщина слоя hi, м	Коэффи-  циент ξ=2*z/b	Коэффи-  циент  α	σzp= =α*αzpo= =α*0,13, МПа	σzpi.cp, Мпа	Модуль  дефор-  мации  Е,МПа	Осадка  слоя Si м
1	0,4*b	2,2	2,2	0,44	0,975	0,127	0,16	33	0,008
2	0,8*b	4.7	2,5	0,94	0,844	0,109	0,11	33	0,006
3	1,2*b	7,2	2,5	1,44	0,704	0,092	0,08	28	0,004
B.C.
4	1,6*b	9,7	2,5	1,94	0,537	0,064	-	-	-
							∑Si=		0,018

Т. о. осадка грунта под  подошвой фундамента составляет 0,018 м=1,8 см, что 
меньше расчетной осадки S_u=8,62 см, следовательно, условие прочности фундамента 
по II предельному состоянию выполняется.

 

4. Проектирование свайного фундамента

4.1. Определение глубины заложения  и предварительное назначение 
размеров ростверка

В данном курсовом проекте  принимаем высоту ростверка 2,5 м. В  практике 
мостостроения распространены сплошные сваи сечением от 30х30 до 40х40 мм. В 
нашем случае примем сваи 40х40 мм длиной 16 м. Тогда площадь поперечного 
сечения сваи составит А_св=0,4*0,4=0,16 м , периметр u=4*0,4=1,6 м, ширина сваи 
а=0,4м.

4.2. Определение расчетной несущей способности сваи

Несущая способность  сваи по грунту определяется по формуле:

  (4.1)

где    γ_с - коэффициент условной работы сваи, равный 1;

R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, для

выбранной сваи и мелкого песка под ее концом, R=3,0 МПа;

А=0,16 м - площадь поперечного  сечения сваи;

u=1,6 м - наружный периметр сваи;

fi   -   расчетное   сопротивление   i-ro   грунта   основания   по   боковой

поверхности сваи, МПа;

hi   -   толщина    i-ro    слоя    грунта,    соприкасающегося   с    боковой

поверхностью, м;

Коэффициент fi определяется в зависимости от середины соответствующего 
слоя грунта zi.

Глубина погружения конца свай от глубины размыва  до пяты сваи - zo.

Z₀=(1,4-0,8)+16=16,6m

 

 

Вычисления ∑fi*hi производятся в табличной форме (табл. 4.1).

Таблица 4.1. Вычисление ∑fi*hi

номер элементарного слоя грунта, i	Глубина до середины  слоя zi м	Коэффициент fi	Мощность  слоя, hi, м	fi*hi
1	1	0,023	1	0,023
2	3	0,03	2	0,06
3	4,9	0,042	1,8	0,076
4	6,8	0,043	2	0,086
5	8,8	0,045	2	0,09
6	10,8	0,046	2	0,09
7	12,8	0,049	2	0,098
8	14,2	0,05	0,4	0,02
9	15,4	0,051	0,4	0,0204
∑fi*hi =				0,563

Следовательно:

F_d=3*0,16+(1,6*0,563)=1,38 МПа

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

Расчетная нагрузка, допускаемая на сваю, рассчитывается по формуле:

F=F_d/γk       (4.2)

где     γk - коэффициент надежности, принимаемый равным 1,4;

F=l, 38/1,4=1 МПа

Количество  свай определяется по формуле:

где    η - коэффициент, приближенно учитывающий перегрузку отдельных 
свай от действия момента, принимается равным 1,2.

 

Следовательно:

1.2[l,l(4,7 +1,06 + 33,3 * 2,5 * 0,02) +1,14 * 5,l]   

n= -  = 16,7≈17

1

Примем количество свай n=1.3*17=22 сваи

Определим минимальную  площадь ростверка, исходя из количества свай. Сваи 
расположены в три ряда: 8 свай,7 свай, и 8 свай соответственно.

4.4. Проверочный расчет свайного  фундамента по несущей способности 
(по I предельному состоянию)

Проверяем усилие в свае с учетом действия одной горизонтальной силы Т (в 
плоскости вдоль моста):

 

(4.4)

 

где    М_и  -  расчетный момент  в плоскости подошвы ростверка от  сил 
торможения, МН*м;

у_max=2,15 м - расстояние от главной центральной оси инерции подошвы 
фундамента до оси крайнего ряда свай в направлении действия момента 
у_min=1,15м

M_u (в плоскости вдоль моста);

∑yi²- сумма квадратов расстояний от той же оси до оси каждой сваи в 
фундаменте; 
Ni - полная расчетная вертикальная нагрузка с учетом веса свай, МН;

Определим вес  свай:

Р_св=0,16* 16*0,024*22=1,35

  0,18 < 1   - условие выполнено

 

4.5. Расчет свайного фундамента, как условно массивного

Предварительно определяем границы условно массивного фундамента. Для 
этого находим средневзвешенное значение угла внутреннего трения грунтов q>_m, 
пройденных сваями:

 

 

 

где    φi   -   расчетные   значения   углов   внутреннего   трения   отдельных 
пройденных сваями слоев грунта; 
hi - толщина слоев;

d=∑hi - глубина погружения свай от подошвы ростверка или от уровня 
размыва;

 

 

 

Проверка напряжений по подошве условного фундамента производится по 
формулам:

 

 

 

где    NI_y - расчетная нормальная нагрузка в основании условного массивного 
фундамента;

P_g - вес грунта в пределах всего условного массивного фундамента; 
МI_У - расчетный момент по подошве ростверка;

1_У,   b_у   -   соответственно   длина   и   ширина  условного   массивного 
фундамента;

R - расчетное сопротивление грунта в уровне подошвы условного 
массивного фундамента;

1р - расстояние от подошвы низкого ростверка до нижних концов свай, 
без учета острия;

 

к - коэффициент пропорциональности,  определяющий нарастание  с

глубиной  коэффициента постели грунта, расположенного ниже подошвы

фундамента;

cb — коэффициент постели фундамента;

Т - заданная тормозная  сила.

  (4.10)

Выполняем проверки:

  - условие выполняется

  (4.11)

 

_0,43+6*27.74(3*[l.l*Q.51 ₊ 7.0 ₊ 16 ₊ 2.5) ₊ 2*0.51*2.5]_{:≤1,2*l04,2} 
20.54((16 + 2.5)* 2.5 + 3*27.74

Рmах⁼0.43 < 125,04  - условие выполняется.

Проверки выполняются, следовательно, устойчивость фундамента по первому 
предельному состоянию обеспечена.

4.6. Расчет осадки фундамента (по 11 группе предельных состояний - по 
деформации)

Определим полную вертикальную расчетную нагрузку N₂ по подошве 
фундамента. Нагрузка по обрезу фундамента

N=P₀+P_n= 7+1,06=8,06 МН (тс)    (4.12)

Поскольку фундамент  врезан в водопроницаемый грунт, учитывается 
взвешивающее действие воды на фундамент. Тогда при удельном весе материала 
фундамента (бетон) во взвешенном состоянии

  , получим

Р_ф= 14(2*3* 10,4+2*4* 10,4)=2038,4 Н

Так как фундамент  находится в водопроницаемом  и водонасыщенном грунте, 
то вода не будет оказывать давление на уступы фундамента Р_в=0.

Давление  песка на нижние уступы фундамента определим с учетом 
взвешивающего действия воды

Р_r= 1*10*0.5*10.4*2=104 кН. 
Так как песок находится во взвешенном состоянии, то его удельный вес

γ_sdф = (26.4-10)/1 + 0.7) = 9.65кH/м³ 
Полная вертикальная расчетная нагрузка по подошве фундамента:

Н₂=Н+Рф+Р_в1+Р_в2+Р_r=1020,4≈10,2МH  (4.13) 
Среднее давление под подошвой фундамента

 

 

P=N₂/A = 10,2/4*10,4=0,25 МПа* 2,5кг/см²

Слева от оси  фундамента строим в масштабе эпюру  вертикального напряжения 
от собственного веса грунта    δ_zg (рис.    ). Она начинается на уровне дна водотока

(без учета  размыва). Таким образом, напряжение  на кровле слоя песка равно  нулю, а 
на уровне его подошвы

δ_zg1 = 9.65 * 7.2 = 69.5 = 0.07МПа

Напряженнее на уровне подошвы фундамента

  (4.14)

где    γsb2 - удельный вес песка во взвешенном состоянии; 
hi - толщина слоя песка;

Отсюда   σ_zg0=69.5+9.65*5=117,75 кН/м³=0,12 МПа;

Напряжение σ^/_zg в уровне подошвы слоя суглинка (водоупор) имеет скачок и 
определяется по формуле:

 (4.15)  
Где y_w- удельный вес воды, 10 кН/м ; h_w - высота слоя воды