Фундамент промежуточной опоры моста. Методические

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ФУНДАМЕНТ ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ОПОРЫ МОСТА
Методические указания по выполнению
курсовой работы для студентов специальности 270201, 270205
Казань
2007
УДК 624.21/.8
ББК 39.112
М 54
Фундамент промежуточной опоры моста. Методические указания по
выполнению курсовой работы для студентов специальностей 270201,
270205/Казанского
государственного
архитектурно-строительного
университета. Сост.: Драновский А.Н. Казань, 2007.- 53 с.
УДК 624.21/.8
ББК 39.112
© Казанский государственный
архитектурно-строительный
университет, 2007г.
2
Содержание
стр.
Введение
5
1. Общие указания
5
1.1. Исходные данные для проектирования
5
1.2. Состав и оформление курсовой работы
6
2. Указания по выполнению курсовой работы
8
2.1. Оценка инженерно-геологических условий
8
2.2. Сбор нагрузок
11
2.3. Выбор типа фундамента
18
2.3.1. Конструкции фундаментов при наличии тампонажной подушки
20
3. Проектирование и расчет фундамента мелкого заложения
21
3.1. Определение высоты фундамента
21
3.2. Расчет по первой группе предельных состояний
21
3.2.1. Определение размеров подошвы фундамента
22
3.2.2. Проверка несущей способности слабого подстилающего слоя грунта
25
3.2.3. Проверка на опрокидывание и плоский сдвиг
25
3.3. Расчет по второй группе предельных состояний
27
3.3.1. Проверка положения равнодействующей
27
3.3.2. Расчет осадки фундамента
27
4. Проектирование свайного фундамента
30
4.1. Определение основных размеров ростверка
30
4.2. Выбор размеров и типов свай
32
4.3. Расчет свайного фундамента по первой группе предельных состояний
33
4.3.1. Определение расчетной нагрузки, допускаемой на сваю
33
4.3.2. Расчет свайного фундамента с низким ростверком
34
4.3.3. Проверка несущей способности основания в уровне низа свай
37
4.4. Расчет осадок свайного фундамента
38
5. Производство работ по возведению фундамента
39
3
стр.
6. Литература
40
Приложения
1. Таблицы нагрузок на фундамент опоры моста
42
2. Гидрогеологические условия
49
3. Размеры опоры в плане
49
4. Схемы приложения нагрузок
50
5. Образец оформления курсовой работы на 3-х листах формата А-3
51
4
Введение
В курсовой работе по основаниям и фундаментам необходимо
разработать конструкцию фундамента под промежуточную массивную опору
автодорожного моста, расположенную в русле реки. Опора воспринимает
нагрузки от двух примыкающих пролетных строений, мост разрезной, с
балочными пролетными строениями.
Каждому студенту выдается индивидуальное задание, в котором
отражены основные исходные данные:
1. Материалы инженерно-геологических изысканий;
2. Гидрогеологические условия;
3. Основные параметры надземной части моста;
4. Нагрузки, действующие на сооружение.
При
составлении
проекта
фундамента
под
мостовую
опору
обязательным является вариантный подход к решению поставленной задачи.
Это
объясняется тем, что в каждом отдельном случае обычно можно
предложить несколько приемлемых вариантов фундаментов. Рассмотрев
варианты, окончательный выбор производят на основе анализа и техникоэкономического сравнения. В курсовой работе рассматриваются, как
минимум, 2 варианта фундаментов.
1. Общие указания
1.1. Исходные данные для проектирования
Материалы
инженерно-
геологических
и
гидрогеологических
изысканий содержат:
а) геологическое строение места постройки опоры (грунтовые
колонки, характеристики свойств грунтов);
б) гидрогеологические условия, включая данные об уровнях воды в
реке, ледовые режимы реки, величины расчетного размыва дна у
опор.
Данные, характеризующие конструкцию сооружения, содержат:
5
а) габариты моста, размер пролетов, примыкающих к опоре, высоту
опоры;
б) количество и расположение балок пролетных строений.
Для определения нагрузок, действующих на фундамент опоры на
уровне его верхнего обреза, в приложении I даны таблицы четырех
сочетаний нагрузок (I-IV). Причем в числителях даны расчетные значения
нормативных нагрузок, необходимые для расчетов по
II-му предельному
состоянию (их следует обозначать NII , MII ,TII ), а в знаменателях расчетные
значения нагрузок, необходимые для расчетов по I-му предельному
состоянию (NI , MI ,TI ).
В приложении II приведены варианты заданий гидрологических
условий.
Номера вариантов задаются преподавателями.
1.2. Состав и оформление курсовой работы
Курсовая работа должна состоять из пояснительной записки объемом 2025 листов формата 297 x 210 мм, чертежей на одном листе ватманской
бумаги формата 594 x 841 мм (А1) или на трех листах формата 297 x 420 мм
(А3) (по выбору студента).
А. Пояснительная записка.
В пояснительной записке последовательно отражаются следующие
вопросы:
1.
Оценка инженерно- геологических условий и свойств грунтов;
составление заключения по свойствам грунтов основания.
2.
Определение нагрузок, действующих на фундамент и основание.
3.
Рассмотрение 2-х вариантов фундаментов, приемлемых для
данных условий. Выбор основного варианта, подлежащего более детальному
расчету и конструированию (при обязательной консультации преподавателя).
4.
Расчет
обоих
вариантов фундаментов по
предельных состояний.
6
первой группе
5.
Расчет основного варианта фундамента по второй группе
предельных состояний.
6.
Рекомендации по производству работ, подробное описание
одного из этапов работ (по заданию консультанта) для основного варианта.
7.
Список использованной литературы.
Пояснительная записка пишется на одной стороне листа. Каждый расчет
должен сопровождаться расчетными схемами и эскизами. Текстовый
материал должен быть предельно сокращен. По ходу текста делаются
ссылки на использованную литературу. Схемы, чертежи и таблицы
могут быть пронумерованы. Записка должна содержать оглавление и
аккуратно переплетена.
Б. Чертеж.
1. Вид фундамента с опорой в трех проекциях (масштаб 1:100; 1:200) с
указанием всех необходимых размеров, отметок, наименований
грунтов (для 2-х вариантов фундаментов). Геологическая колонка,
совмещенная с одним из видов.
2. Схемы и таблица расчетных нагрузок.
3. Две-три схемы, последовательно показывающие процесс возведения
основного варианта фундамента (М 1:100, 1:200).
На
схемах
указываются
марки
механизмов
и
оборудования,
необходимых для производства работ.
4. Детали устройства фундамента (конструкции стыков свай – оболочек,
узлы заделки свай в ростверк, элементы шпунтовых ограждений и
т.п.). Если чертежи выполняются на 3-х листах формата А-3, то на
первом и втором листах показываются два варианта фундаментов и
соответствующие таблицы нагрузок, а на третьем – технология
возведения основного варианта фундамента.
7
2. Указания по выполнению курсовой работы
2.1. Оценка инженерно-геологических условий
Инженерно-геологические условия оцениваются по нормативным
физико-механическим характеристикам грунтов, приведенным в таблице
задания, с целью определения несущего слоя грунта и выбора приемлемых
вариантов фундаментов под опору.
По
данным
характеристики
таблицы
физического
разновидностей
грунтов,
послойно,
сверху
состояния
условное
вниз,
грунтов,
расчетное
определяются
наименования
сопротивление
грунтов
основания, модуль деформации грунта.
Рекомендуется следующая форма записи и порядок определения:
- Указывается номер слоя, мощность слоя, наименование вида грунта.
- Вычисляются производные характеристики слоя грунта. Для песчаных
и глинистых грунтов порядок вычислений разный. Песчаный грунт в
отличие от глинистого не имеет числа пластичности.
Для песчаных и сыпучих грунтов определяются:
а) разновидность по гранулометрическому составу (табл.Б.10[1]);
б) разновидность песка по плотности сложения (табл.Б.18[1]); для этого
необходимо вычислить коэффициент пористости
e;
в) разновидность песка по влажности (табл.Б.17[1]); для этого
вычисляется коэффициент водонасыщения
Sr ;
г) удельный вес грунта во взвешенном состоянии  взв 
 s 1
1 e
g;
д) по табл.2 приложения 24 [2] устанавливается условное расчетное
сопротивление
грунта
R0 ;
если
песок
рыхлый,
значение R 0
не
нормируется;
е) по табл.1 Приложения 1 [3] устанавливается значение модуля
деформации
E.
8
В заключение делается краткий вывод: например, песок средней
крупности,
средней
плотности,
насыщенный
водой,
R0  245 кПа ; Е  32 МПа , водопроницаемый.
Для глинистых грунтов определяются:
а) разновидность грунта по числу пластичности
Ip
б) разновидность грунта по показателю текучести
в) коэффициент пористости
e
г) коэффициент водонасыщения
(табл.Б.11 [1]);
IL
(табл.Б.14 [1]);
;
Sr
;
д) удельный вес грунта , с учетом взвешивающего действия воды
 взв ;
е) по табл. 1 приложения 24 [2] устанавливается условное расчетное
сопротивление грунта, при
I L  0.5 R0
не нормируется;
ж) по табл. 3 Приложения 1 [3] устанавливается значение модуля
деформации
E
(для аллювиальных отложений).
В заключение делается краткий вывод: например,
текучепластичный,
суглинок
R0 и Е не нормируются. Грунт водопроницаемый.
Водопроницаемыми являются все виды сыпучих грунтов, супеси,
суглинки при IL>0,25; глины при Iр<20, IL>0,5.
Водонепроницаемыми – суглинки при IL  0,25; глины при Iр  20;
IL  0,5.
Водонепроницаемые грунты являются водоупором. Для таких грунтов
 взв
не вычисляется.
По всем слоям по порядку сверху - вниз составляется сводная таблица
физико-механических показателей свойств грунтов.
9
Полное
наименование

W
e
%
д.ед
грунта
Ед. изм
г/см3
Ip
Sr
д. ед.
%
IL
 взв
д.ед.
кН/м3
Ro
кПа
E
МПа
На основании таблицы делается заключение о свойствах отдельных
слоев грунта с точки зрения выбора фундамента мелкого или глубокого
заложения. Необходимо выбрать несущие слои грунта, на которые
непосредственно будут передаваться нагрузки от подошвы фундамента
мелкого заложения, или на которые будут опираться нижние концы свай. Это
грунты наиболее прочные и наименее сжимаемые. Грунты с расчетным
сопротивлением
R0
менее 200 кПа и модулем деформации менее 15 МПа
для фундаментов опор мостов считаются слабыми.
Оценка несущей способности грунтов зависит от конструкций
проектируемого сооружения и от величины и характера передаваемых
нагрузок. Так, для мостов внешне статистически неопределимых систем
наиболее
подходящими
являются
мало
-
сжимаемые
скальные
и
полускальные грунты.
Для разрезных мостов требования к основаниям более мягкие. Здесь
могут оказаться приемлемыми и более сжимаемые и менее прочные грунты.
Однако и в этом случае не следует принимать в качестве несущего слоя
просадочные, заторфованные грунты, рыхлые пески, супеси текучие,
суглинки и глины с консистенцией больше 0,5. Не рекомендуется принимать
в качестве несущего слоя грунты, модуль деформации которых менее 15
МПа.
При выборе несущего слоя грунта рекомендуется сопоставить средние
напряжения под подошвой фундамента при ее минимальных размерах,
определяемых размерами опоры, со значениями условных расчетных
сопротивлений грунтов. Такое сопоставление дает возможность выявить те
10
слои грунта, которые нельзя использовать в качестве естественного
основания, а также наметить грунты, обладающие достаточной прочностью.
2.2. Сбор нагрузок
Основания фундаментов должны быть рассчитаны как по несущей
способности (по I группе предельных состояний), так и по деформациям ( по
II группе предельных состояний). Расчет по прочности является основным,
так как достижение первого предельного состояния приводит к аварии
сооружения. Расчет по I группе предельных состояний необходимо вести по
наиболее неблагоприятным сочетаниям нагрузок с учетом соответствующих
коэффициентов перегрузок. Расчет по II группе предельных состояний
служит
проверкой
эксплуатационной
надежности
сооружений.
Он
производится на нормативные нагрузки.
При расчете учитывают следующие виды постоянных и временных
силовых воздействий: собственный вес опоры Q0; опорные давления от веса
пролетных строений QЛ и Qпр и покрытия проезжей части qЛ и qпр; опорные
давления от временной подвижной нагрузки АЛ, Апр ; опорные давления от
толпы на тротуаре РЛ , Рпр; тормозные силы временной подвижной нагрузки
ПЛ и Ппр; давление льда Н; нагрузки от навала судов С; ветровые нагрузки
на пролетные строения и опору.
Нагрузки, воздействия и их сочетания указаны в табл. 5[5].
При расчете различают:
а) основные сочетания, включающие одну или несколько из следующих
нагрузок:
постоянные нагрузки и временную подвижную вертикальную нагрузку;
б) дополнительные сочетания, составляемые из постоянной, временной
подвижной вертикальной и одной или нескольких временных других
нагрузок;
11
в) особые сочетания, включающие сейсмическую или строительные
нагрузки совместно с другими.
При определении давлений, передаваемых подвижной нагрузкой
(автомобильной, толпой на тротуарах), рассматривают три возможных ее
положения; на обоих пролетах, только на правом и только на левом.
Загружения
пролетов
порознь
дает
возможность
выявить
влияние
эксцентричного приложения опорных давлений в направлении продольной
оси моста. По ширине проезжей части нагрузку ставят так, чтобы получить
наибольший изгибающий момент в направлении поперек оси моста. Поэтому
при симметричных опорах нагрузку сдвигают к борту низового тротуара.
Тормозные силы или
силы
тяги от автомобильной
нагрузки
прикладывают в уровне центров опорных частей. Тормозные силы
полностью передаются через неподвижные опорные части. Если на опоре
расположены разноименные опорные части, то через подвижные опорные
части условно передают 25% тормозной силы при катковых и валковых
опорных частях и 50% при скользящих. Суммарная сила, передаваемая
обоими видами опорных частей, не должна превышать тормозной силы,
собирающейся с большего пролета по п. 2.20[5]. Поперечные удары от
временной подвижной нагрузки считают действующим в уровне верха
покрытия проезжей части.
Давление льда может быть направлено как поперек, так и вдоль оси
моста. Поперечное давление считают приложенным к опоре в уровне первой
подвижки льда и уровне высокого ледохода, продольное давление - в уровне
высокого ледохода. Нагрузка от навала судов может действовать как
поперек, так и вдоль оси моста и принимается на уровне расчетного
судоходного горизонта.
Кроме
рассмотренных
эксплуатационных
нагрузок,
основания
фундаментов опор могут испытывать опасные воздействия в строительный
период. К таким воздействиям относится давление льда на промежуточную
опору с еще не установленными пролетными строениями.
12
Возможны наиболее невыгодные сочетания нагрузок для фундаментов
опор балочных разрезных мостов приведены в табл. 7[11]. Таких сочетаний
оказывается больше десяти. В курсовой работе, с целью уменьшения объема
вычислительной работы, расчеты по сбору нагрузок упрошены и сокращены.
Сбор нагрузок в курсовой работе производится только для тех сочетаний,
которые перечислены ниже.
I – сочетание. В него включены нагрузки, вызывающие наибольшее
вертикальное
воздействие на
фундамент:
все постоянные нагрузки,
временная вертикальная от колонн автомобилей и веса толпы на тротуарах
(временная автомобильная нагрузка в виде полос АК расположена на обоих
пролетах по всей ширине проезжей части, а от толпы – на обоих троитуарах
по всей длине примыкающих пролетов). Расчетный уровень воды – ГМВ.
II – сочетание. В него включены нагрузки, вызывающие наибольший
изгибающий момент в плоскости оси моста: все постоянные нагрузки,
временная вертикальная от автомобильной и веса толпы на тротуарах,
расположенных
на
большем
пролетном
строении;
тормозная
сила,
приложенная к этому же пролетному строению. Расчетный уровень воды –
ГВВ.
III –сочетание. В него включены нагрузки, вызывающие наиболее
неблагоприятное воздействие поперек оси моста: все постоянные нагрузки,
временная вертикальная на обоих пролетах (нагрузка от автомобилей
придвинута к низовому бордюру тротуара; нагрузка от толпы расположена
на низовом тротуаре), давление льда при низком или высоком ледоходе
(выбирается случай, дающий больший изгибающий момент); поперечный
удар автомобилей. Расчет следует вести на одну колонну автомобилей при
габарите моста Г-8 и на две колонны при Г-9, Г-10 и выше. Расчетный
уровень воды – ГПЛ или ГВЛ.
IV – сочетание. В него включены нагрузки, вызывающие наиболее
неблагоприятное воздействие попрек оси моста в строительный период:
собственный вес фундамента и опоры с еще не установленными пролетными
13
строениями; давление льда поперек оси моста. Расчетный уровень воды –
ГПЛ или ГВЛ.
Схемы к четырем указанным сочетаниям показаны в приложении IV.
При использовании схем принять:
1) положительный момент действует по направлению часовой стрелки;
2) большее пролетное строение расположено справа от опоры;
3) индексом «л» обозначены нагрузки, собираемые с левого (меньшего)
пролетного строения; индексом «пр» - то же с правого пролетного строения.
Вычисление нагрузок производится в соответствии с [5] п. 2.1 – 2.3.2,
Приложения 2,10.
Постоянные нагрузки, действующие на фундамент промежуточной
опоры моста, зависят от конструкций пролетных строений, типа опоры
моста, зависят от конструкций пролетных строений, типа опоры и задаются
преподавателем.
Составляя сочетание расчетных нагрузок необходимо
нормативные
значения величин умножить на коэффициент надежности по нагрузке
f
,
который может быть больше или меньше единицы. Коэффициенты
надежности меньше единицы применяют в расчетах тогда, когда это
приводит к более неблагоприятным условиям работы фундамента или
основания.
Коэффициенты надежности по нагрузкам для постоянных и временных
нагрузок даны в табл. 8, 14,17 [5].
При определении веса опоры и фундамента следует принимать
удельные веса: железобетонных конструкций –24.5 кН/м3, бетонных – 23.5
кН/м3.
Для частей фундамента и опор, расположенных ниже уровня воды,
необходимо учитывать взвешивающее действие воды. Взвешивающее
действие воды на водонепроницаемые грунты учитывается во всех случаях, а
в глинах только тогда, когда это создает более неблагоприятные условия для
14
работы
фундаментов
и
оснований.
Уровень
воды
принимается
невыгоднейший – наинизший или наивысший.
Удельный вес грунта на уступах фундамента без учета взвешивания
следует принимать 18кН/м3.
Временные
нагрузки
от
подвижного
состава
и
пешеходов
прикладываются к опоре в виде вертикальных и горизонтальных нагрузок.
Нормативную временную вертикальную нагрузку АК от подвижного
состава на автодорогах принимают в виде равномерно распределенной
нагрузки интенсивностью

=0.98 К, кН/м (на обе колеи) и веса одной
двухосной тележки с осевой нагрузкой Р=9.81 К,кН/м.
Класс нагрузки К принимают равным 11 для мостов на дорогах I-III
категорий и IV и городах, К=8 для малых и средних мостов на дорогах IV и V
категорий.
На каждой полосе устанавливают только одну тележку в самое
невыгодное положение по длине загружения.
По ширине моста полосы нагрузки АК располагают
в пределах
проезжей части параллельно продольной оси моста в количестве не больше
числа полос движения.
Расстояние между осями соседних полос не менее 3 метров. Расстояние
от оси крайней полосы до кромки проезжей части не ближе 1.5 м.
При определении наиболее неблагоприятных сочетаний от двух и
более полос нагрузки АК, самую неблагоприятно расположенную нагрузку
(полосу), вводят в расчет с коэффициентом S1 =1.0, а для остальных полос
вводят коэффициент S1=0.6 к распределенной нагрузке и S1= 1 – для тележек.
Нормативная временная равномерно распределенная вертикальная
нагрузка от толпы на тротуарах определяется по формуле:
P  3,92  0,0196 , кПа
( P  400  2 , кгс / м 2 )
но не менее 1.96 кПа (200 кгс/м2),
15
(2.1)
где
 - длина загружения (сумма длин при загружении двух участков и
более), м.
Длина загружения участков принимается различной в зависимости от
рассматриваемого сочетания нагрузок.
Полная нормативная временная нагрузка от толпы на тротуаре одного
из пролетов определяется по формуле:
L
P  T 2 , кН
(2.2)
где Т – ширина тротуара, м.
Нормативная горизонтальная продольная (вдоль оси моста) нагрузка от
торможения или сил тяги подвижного состава при расчете опор и
фундаментов мостов принимается равной от равномерно распределенной
части нагрузки АК (вес тележек не учитывается) 5-% от веса нормативной
временной подвижной нагрузки, но не менее 7.8 К,кН и не более 24.5 К,кН.
Для одной из полос принимают коэффициент S1= 1.0, а для других
полос S1= 0.6.
Продольная нагрузка прикладывается в уровне проезда, а при балочнопролетных строениях может быть приложена в уровне центра опорных
частей промежуточных опор (в последнем случае влияние момента от
переноса нагрузки допускается не учитывать).
Нормативную горизонтальную поперечную нагрузку от ударов
подвижного состава независимо от числа полос движения по мосту следует
принимать:
а) от автомобильной нагрузки АК – в виде равномерно распределенной
нагрузки, равной 0.39К, кН/м, или сосредоточенной силы, равной 5.9К, кН,
приложенных в уровне верха покрытия проезжей части, где К=11 (при Г-10,
Г-11.5), К=8 (при Г-8).
Нормативную ледовую нагрузку определяют в соответствии с
приложением 10[5]. Равнодействующая ледовой нагрузки F1, (или F2)
16
прикладывается к точке опоры, расположенной ниже расчетного уровня воды
на 0.3t, где t- расчетная толщина льда, равная
t  0.8hЛ
(2.3)
где hЛ – максимальная толщина льда (по заданию).
За расчетный уровень принимают ГПЛ (при первой подвижке льда) или
ГВЛ (при наивысшем уровне ледохода).
Нагрузку от движущихся ледяных полей на опоры мостов с
вертикальной передней гранью следует принимать по наименьшему
значению из двух следующих:
при прорезании опорой льда
F1   1 Rzn Bt , кН
,
(2.4)
при остановке ледяного поля опорой
F2  1.253t  2 ARzn , кН ,
(2.5)
где ψ1, ψ2 – коэффициенты формы, принимаемые по табл.2
Приложения 10[5];
В - ширина опоры на уровне льда, м;
t - толщина льда, м;
2
V - скорость движения ледяного поля, м2 (принять A  1.75Lпр , где
Lпр – длина большего пролета моста);
Rzn - предел прочности льда на раздробление, кПа (для Татарстана
Rzn  1.25 Rzl' , либо Rzl  1.2 Rzl" );
Rzl'  735 кПа - в начальной стадии ледохода при ГПЛ;
Rzl"  441 кПа - при наивысшем уровне ледохода при ГВЛ;
Коэффициент надежности по ледовой нагрузке
17
 f  1 .2
.
При определении третьего сочетания нагрузок учитывается та
величина давления льда, которая приводит к большему изгибающему
моменту из двух следующих:
M B'  FH hH ,
M b'  FH hB ,
(2.6)
где FH и hH – давление льда при первой подвижке и расстояние от
обреза фундамента до ГПЛ; FH и hH – давление льда при высоком уровне
ледохода и расстояние от обреза фундамента ГВЛ.
При определении четвертого сочетания нагрузок учитывается величина
давления льда, которое приводит к большему эксцентриситету из двух
следующих:
e' 
где
FH (hH  hф )
N
N
e" 
;
FB (hB  hф )
H
H
и
N
B
N
,
(2.7)
B
- собственный вес опоры и фундамента с
учетом гидростатического взвешивания при ГПЛ и ГВЛ соответственно; hфвысота фундамента.
При всех расчетах следует учитывать, что все усилия, приложенные в
центре тяжести опоры на уровне обреза фундамента, должны быть
приведены к центру тяжести подошвы фундамента или ростверка.
Коэффициенты сочетаний η для временных нагрузок и воздействий
приведены в приложении 2[5] и п.2.2[5].
2.3. Выбор типа фундамента
В современном мостостроении применяют в основном три типа
фундаментов: мелкого заложения на естественном основании, свайные и
столбчатые. Массивные опускные колодцы применяют редко, а кессоны – в
исключительных случаях.
18
Выбор типа фундамента на местности, покрытой водой, определяется
тремя основными факторами: глубиной воды, наибольшей глубиной размыва
дна реки у опоры, глубиной залегания несущего слоя грунта от поверхности.
Глубина заложения фундаментов мостов в пределах водотоков должна
отсчитываться от отметки наибольшего размыва русла у опор.
Глубина заложения фундаментов мелкого заложения определяется
расчетами несущей способности оснований и фундаментов на действие
расчетных сочетаний нагрузок.
Возможность применения фундаментов мелкого заложения может быть
рассмотрена в том случае, если глубина воды не превышает 1-3 м, а несущий
слой грунта залегает не глубже 4-6 м от поверхности воды. При мостах с
пролетами более 25 м фундаменты мелкого заложения применимы, если
значение Rо не менее 0.2 МПа.
В иных случаях сравнению подлежат варианты фундаментов из свай,
свай-оболочек,
свай-столбов,
оболочек.
Рассматриваются
варианты
фундаментов как с ростверком, заглубленным в грунт, так и с ростверком,
возвышающимся над грунтом. В данном проекте применение свай и
оболочек диаметром более 1.2м не рекомендуется.
При анализе вариантов свайных фундаментов необходимо иметь в
виду, что наиболее простыми в строительстве являются фундаменты из
вертикальных свай с ростверком, расположенным над грунтом. Такие
фундаменты
рекомендуются
к
применению
в
случаях,
когда
при
минимальном количестве вертикальных свай, назначенном из условия
восприятия вертикальной и горизонтальной сил, изгибающие моменты в
сваях от воздействия горизонтальных сил не опасны для их прочности.
В случае недостаточной горизонтальной жесткости фундамента из
вертикальных
свай
или
больших
изгибающих
моментов
в
сваях
целесообразно часть или все сваи расположить наклонно. В этом случае
существенно возрастает жестокость фундамента без увеличения числа свай
или размеров их поперечного сечения. Эффект от применения наклонных
19
свай будет тем больше, чем выше расположена плита ростверка по
отношению к поверхности грунта, меньше сечения свай, слабее верхние слои
грунта и более прочен грунт в уровне нижней части свай.
Более подробные рекомендации по выбору схемы фундамента с
высоким ростверком изложены в[8] с. 115-118.
В фундаментах с низкими ростверками сваи работают в более
благоприятных условиях на действие горизонтальных нагрузок, так как сваи
по всей длине и плита ростверка окружены грунтом. В таких фундаментах
часто используют только вертикальные сваи. Свайные фундаменты с низким
ростверком обычно применяют, если глубина воды не превышает 3 м.
2.3.1. Конструкции фундаментов при наличии тампонажной подушки
Еще до начала проектирования фундамента необходимо выбрать
способы производства работ при разработке грунта в котловане и
бетонировании фундамента на местности, покрытой водой (гл. 5[7]). В тех
случаях, когда водоупорный слой залегает на большой глубине, и трудно
предохранить котлован от затопления вследствие проникания воды снизу из
водопроницаемого
основания,
часто
выполняют
тампонажную
-
водозащитную бетонную подушку с целью обеспечения производства работ
по изготовлению фундамента (ростверка) насухо, то есть без водоотлива или
водопонижения. Подушку изготавливают путем подводного бетонирования,
как правило, методом ВПТ (вертикально перемещаемой трубы). Обращаем
внимание на то, что толщина подушки включается в высоту фундамента
мелкого заложения и подушка является его частью, однако она не является
частью конструкции ростверка свайного фундамента. Толщина подушки не
влияет на глубину заделки свай в ростверк. Ее толщина зависит от давления
воды снизу и размеров котлована в плане. Конструктивно принимают
толщину подушки 1.0-1.5 м.
20
Если близко к дну реки имеется водоупорный слой грунта, то
шпунтовое ограждение котлована заглубляется в водоупор, и тогда
тампонажная подушка не требуется.
3. Проектирование и расчет фундамента мелкого заложения
3.1. Определение высоты фундамента
Проектирование фундамента сводится к определению его размеров
(формы в плане и в разрезе, глубины заложения, площади подошвы) и
выполнению проверочных расчетов.
Плоскость верхнего обреза фундамента в руслах рек заглубляют на
0.5м ниже линии Г.М.В. и не выше нижней поверхности льда в реке при
низком ледоходе.
Выбор глубины заложения фундаментов (Г.З.Ф.) следует производить с
учетом следующих требований:
1.
Фундамент необходимо заглубить в несущий слой не менее, чем
на 0.5м, поскольку поверхность слоя может быть наклонной.
2.
При
отсутствии
размыва
и
условий
пучинообразования
минимальная Г.З.Ф. от поверхности грунта должна быть не менее 1.0
м.
3.
Если возможен размыв грунта дна водотока, Г.З.Ф. должна быть
не менее, чем на 2.5 м ниже наинизшей отметки дна водотока в месте
расположения опоры после его общего местного размыва расчетным
паводком и не менее, чем на 2.0 м – при размыве наибольшим
паводком.
4.
В грунтах, подверженных пучению при промерзании, подошву
фундамента
следует
располагать
промерзания не менее, чем на 0.25 м.
21
ниже
нормативной
глубины
3.2. Расчет по первой группе предельных состояний
Расчет по первой группе предельных состояний ( по прочности,
устойчивости) производится на все перечисленные сочетания расчетных
нагрузок.
Для расчетов по первой группе предельных состояний определяются
расчетные значения угла внутреннего трения
I  n /  g
и удельного
сцепления CI  Cn /  g . Коэффициент
g
принимается равным: для C I
песчаных и глинистых грунтов – 1.5; для
I
песчаных грунтов – 1.1; для
I
глинистых грунтов –1.15.
3.2.1. Определение размеров подошвы фундамента
Размеры
подошвы
фундамента
определяются
методом
последовательных приближений. В начале устанавливаются минимальные
размеры подошвы аmin и bmin, превышающие размеры опоры в плане а0 и b0
в уровне обреза фундамента на величину
 =0.2÷0.5
м, компенсирующую
неточность геодезической разбивки:
аmin = а0+2  , м
(3.1)
bmin= b0+2  , м
Расчетное сопротивление основания фундамента находят по формуле
(1) Приложения 24[5].
R  1.7( R0 (1  k1 (b  2))  k2 (d  3)), кПа
где R0 - условное расчетное сопротивление грунта, кПа;
d-
сторона подошвы фундамента, м;
грунта, расположенного выше подошвы фундамента,
22
b - меньшая
глубина заложения подошвы
фундамента, принимаемая по п.2 приложения 24 [2];
коэффициенты, зависящие от вида грунта.
(3.2)
-
удельный вес
кН/м3;
k1 , k2 -
Значения
R0 , k1 , k2
приведены в таблицах Приложения 24[5].
В этой формуле размер «b» принимают равным меньшей стороне
подошвы фундаментов, если она не превышает 6 м; если меньшая сторона
подошвы фундамента больше 6 м, то принимают b=6м. Глубину заложения
d принимают от поверхности дна реки у опоры после размыва.
Если основание сложено глинами или суглинками, то для фундаментов
в пределах водотока расчетное сопротивление по формуле (3.2.) может быть
увеличено на пригрузку водой, равную 14.7
d w, (кПа), где d w – глубина
воды от наинизшего уровня межени до поверхности дна реки после
размывов, м (см. п. 2а приложения 24 [5]).
Удельный вес грунта выше подошвы
равным:
,
допускается принимать
  19 .62 кН / м3 .
Допустимость принятых размеров площади подошвы заключается в
соблюдении условий:
N 1I M 1I x M 1 I y  с
Рmax 


 R;
A
Wx
Wy
n
а)
1
Рmin
NI
M 1I M 1I



 0;
A
Wx
Wy
(3.3)
N 1I M 1I  с

 R
б) Рmax 
A
Wx
n
(3.4)
N 1I M 1I y  с
Рmax 

 R;
A
Wy
n
где
1
N
R
pcp  I  ;
A n
N 1I R
 cp 

A n ,
N I  N I   r Gф   f Gгр - расчетная вертикальная нагрузка в
1
плоскости подошвы фундамента; M I  M I  TI hф - расчетный момент
1
23
относительно одной из осей плоскости подошвы фундамента ( hф - высота
фундамента); А,W- площадь и момент сопротивления подошвы фундамента
относительно
оси,
соответствующей
действующему
моменту;
NI -
расчетная вертикальная нагрузка в плоскости верхнего обреза фундамента;
Gф - вес фундамента; Gгр - вес грунта на обрезах фундамента; R- расчетное
сопротивление грунта, вычисленное для принятых размеров фундамента;

с
- коэффициент условий работы, принимаемый для условий: а) при
расчете на 1-е сочетание нагрузок
сочетания нагрузок

с
=1.2;

с
=1; б) при расчете на три других
 н - коэффициент надежности по назначению
сооружения равный 1.4.
При определении
взвешивание
Gф и Gгр необходимо учитывать гидростатическое
фундамента
Gгрвзв= V гр   взв ,
где
Vф -
обрезах и уступах фундамента;
и
Gфвзв= Vф ( б   w ) ;
грунта:
объем фундамента;
Vгр -
объем грунта на
 б - удельный вес бетона  w - удельный
вес воды (9.81 кН/м3).
Если условия а и б не соблюдаются, размеры подошвы увеличиваются
и
производится
повторный
расчет.
Увеличивая
размеры
необходимо проверять соблюдение условий жесткости фундамента:
аф  а0  2hфtg ,
вф  в0  2hфtg ,
24
(3.5)
подошвы,
где
α=300
–
угол
распределения
напряжений
(угол
жесткости),
обеспечивающий работу бетонного и бутобетонного фундамента только на
сжатие.
Увеличение площади подошвы жесткого фундамента требует и
соответствующего увеличения глубины заложения. Фундамент при этом
развивается уступами с соблюдением угла жесткости. Высоту уступа при
конструировании принимают равной 0.7 – 2.5 м , ширину 0.4 –1.0 м.
Выполняют, как правило, не более 3-х уступов.
3.2.2. Проверка несущей способности слабого
подстилающего слоя грунта
Эта проверка производится по приложению 26[5] в том случае, если
под несущим слоем грунта залегает более слабый грунт, условное
сопротивление которого R0 меньше, чем у несущего слоя.
Условие проверки следующее:
 (d  zi )   ( Pср  d ) 
Rсл
п
, кПа (3.6)
где γ- средний удельный вес грунта в пределах d+zi, кН/м3; ziрасстояние от подошвы фундамента до кровли слабого слоя, м; Рср – среднее
давление по подошве фундамента от расчетных нагрузок, кПа; αкоэффициент рассеивания напряжений, принимаемый по табл. Прил.26[5];
Rсл - расчетное сопротивление слабого слоя, определяемое по формуле (3.2)
при глубине заложения условного фундамента, равной dу.ф.=d+zi, кПа.
Ширина условного фундамента определяется в соответствии с п.2.48 [2].
3.2.3. Проверка на опрокидывание и плоский сдвиг
Проверка на опрокидывание и плоский сдвиг по подошве фундамента
производится
на
четвертое
сочетание
нагрузок,
воздействовать на опору в строительный период.
25
которое
может
В это сочетание входит давление льда поперек оси моста с
коэффициентом сочетаний η=1.0 и собственный вес фундамента и опоры с
еще
неустановленными
пролетными
строениями
с
коэффициентом
надежности по нагрузке γн=0.9.
Собственный вес опоры и фундамента вычисляется с учетом
гидростатического взвешивания. Уровень воды принимается невыгоднейший
– ГВЛ или ГПЛ.
Проверка на опрокидывание производится по формуле 1[5]:
Ми m
 ,
Mz н
где
М и  М I  Т I опр hф -
(3.7)
момент
опрокидывающих
сил
относительно ребра фундамента; МI – момент относительно обреза
фундамента; Iопр – расчетная горизонтальная сила;
M z  N Ii ei
- момент
удерживающих сил относительно того же ребра фундамента; m –
коэффициент условий работы в стадии строительства 0.95; γн - коэффициент
надежности в стадии строительства равный 1.0; еi - плечо вертикальных сил
относительно того же ребра фундамента.
Проверка на плоский сдвиг производится по формуле 2[5]:
Qr
Qr
m

  0.9 ,
Qz   N i 
(3.8)
где Qr – сдвигающая сила, равная в IV- ом сочетании расчетному
давлению льда;
N
Ii
- сумма расчетных вертикальных постоянных
нагрузок; ψ - коэффициент трения, принимаемый по п.7.14[5].
Опрокидывающие
и
сдвигающие
силы
следует
принимать
коэффициентами  f  1 , а удерживающие с  f  1 (см. п. 1.40 [5]).
26
с
3.3. Расчет по второй группе предельных состояний
3.3.1. Проверка положения равнодействующей
Для
ограничения
крена
фундамента
и
более
равномерного
распределения давления по подошве фундамента производится проверка
положения равнодействующей нагрузок относительно центра тяжести
подошвы фундамента.
Проверка выполняется, исходя из условия
е  е0 ,
где
(3.9)
е0  е0 / r - относительный эксцентриситет равнодействующей;
r=w/A - радиус ядра сечения подошвы
фундамента; w - момент
сопротивления подошвы фундамента площадью А для менее напряженного
ребра; е0 - предельный относительный эксцентриситет, величина которого
принимается равной -0,1 – при расчете на постоянные нормативные
нагрузки; 1.0- при расчете на наиболее невыгодные сочетания нормативных
нагрузок.
3.3.2. Расчет осадки фундамента.
Расчет осадки производится от I-го сочетания нормативных нагрузок.
Осадку определяют методом послойного суммирования (Прил.2 [2]).
Среднее давление по подошве фундамента Рср не должно превосходить
значения
R , определенного по формуле (7) СНиП 2.02.01-83:
Pcp 
 N II
A
1
R.
(3.10)
где N II  N II  Gф  Gгр  GW - вертикальная нагрузка в плоскости
1
подошвы фундамента; Gф - вес фундамента; Gгр - вес грунта на ступенях и
обрезе фундамента; GW - вес воды над фундаментом.
27
Рекомендуется следующий алгоритм расчета:
1.
Основание
ниже
подошвы
фундамента
разделяется
на
горизонтальные однородные слои; толщина которых не должна превышать
0,4 b (b – ширина подошвы фундамента).
2.
Слева от вертикальной оси симметрии фундамента строится
эпюра природного давления. Ординаты эпюры вычисляются для границы
каждого выделенного слоя и на границах геологических слоев по формуле:
 zg   zgo   i hi , кПа
где:
 zgo -
природное
давление
на
(3.11)
уровне
подошвы
вычисленное без учета размыва грунта у опоры и равное
удельный вес, кН/м3 толщина
i - го слоя, м; 
подошвы фундамента, кН/м3;
h-
фундамента,
h , кПа;  i и hi -
- удельный вес грунта выше
глубина заложения фундамента от дна
водотока, м.
Удельный вес водопроницаемых грунтов вводится в расчет с учетом
взвешивающего действия воды
 взв 
При
определении
s  1
1 e
g,
(3.12)
природного
давления
на
кровле
водоупора
учитывается скачок давления, равный весу столба воды от отметки ГМВ до
кровли водоупора.
3. Справа от оси симметрии строится эпюра дополнительных давлений.
Ординаты эпюры вычисляются по формуле:
 zр   ( Рср   zg 0 ) , кПа
где:
Рср -
(3.13)
среднее давление на грунт по подошве фундамента;
-
коэффициент распределения давления, учитывающий уменьшение давления
28
с глубиной, определяется по табл. 1 при.2 СНиП 2.02.01.-83 или по табл.
Прил. 26 [5].
Вычисления удобно вести в табличной форме:

Zi , м
2 zi
b
Масштабы
i
эпюр
 zpi   i ( Рср   zg 0 )
 zpi
кПа
кПа
природного
и
дополнительного
Ei , кПа
давлений
принимаются одинаковыми.
4. Нижнюю границу сжимаемой толщи основания принимают на
глубине
z  H c , где выполняется условие  zp  0.2 zg .
Наиболее просто положение нижней границы сжимаемой толщи
определяется графически: для этого эпюра значений 0.2 zg вычерчивается
справа от оси симметрии; точка ее пересечения с эпюрой
 zр будет
соответствовать нижней границе сжимаемой толщи. Ниже этой границы
деформации грунта не учитывают.
5.
Осадка фундамента вычисляется по формуле:
n
 zpi hi
i 1
Ei
S  0,8
где:
,
(3.14)
 zpi - среднее значение дополнительного давления в пределах i -го слоя,
кПа; hi - толщина i - слоя; E i - модуль деформации i - слоя , кПа; n количество слоев в пределах сжимаемой толщи от подошвы фундамента до
z  Hc .
6.
Производится проверка допустимой неравномерности осадок
опор. Различные по величине осадки соседних опор не должны вызывать
появления в продольном профиле дополнительных углов перелома,
превышающих для автодорожных мостов 2 ‰.
Расчет производится по формулам:
29
S  S пр
S  Sл
 2%,
 2%,
Lл
Lпр
где
(3.15)
S - расчетная осадка опоры фундамента, см.; S л , S пр - осадки левой и
правой соседних опор моста, см. ( S л и S пр задаются преподавателем);
Lл и
Lпр - расчетные размеры левого и правого пролетов, см.
7. Если вычисленная осадка окажется больше допустимой, то
необходимо увеличить размеры подошвы фундамента и глубину его
заложения. В крайнем случае необходимо изменить тип фундамента,
например, отказаться от фундаментов мелкого заложения и рассмотреть
другие варианты.
Для курсовой работы допускается невыполнение условия (3.15).
4. Проектирование свайного фундамента
4.1. Определение основных размеров ростверка
Свайный фундамент под мостовую опору может быть запроектирована
с высоким или низким ростверком. На мелководье и суходоле более
рационально устройство фундамента с низким ростверком, а при глубине
воды 4-6 и более метров – фундамента с высоким ростверком.
Отметку обреза ростверка массивной опоры назначают так же, как и
отметку обреза фундамента мелкого заложения.
Глубина заложения подошвы низкого ростверка в русле водотока
назначается ниже уровня местного размыва не менее, чем на 25 см.
Подошва высокого ростверка должна располагаться не менее чем на 25
см глубже нижней кромки льда при низком ледоставе.
Отметка подошвы плиты ростверка определяется также отметкой
обреза и необходимой толщиной плиты. Высота ростверка устанавливается
не менее 1.5 –2 м. Высокий ростверк обычно делают с вертикальными
30
боковыми гранями; низкий ростверк может выполняться с уступами.
Ширину уступов принимают не более половины их высоты.
Минимальные размеры ростверка в уровне обреза назначают так же,
как и для фундаментов мелкого заложения.
Размеры ростверка в уровне подошвы зависят от количества свай и
размещения их в плане. При конструктивном армировании ростверка его
размеры по обрезу и подошве связаны соотношениями (3.5).
Сваи размещают в плане рядами или в шахматном порядке.
Минимальное расстояние между сваями в плоскости их острия принимается:
для забивных свай - 3d (между осями); для буровых набивных свай, и свай –
оболочек и свай – столбов – не менее 1 м (в свету между ними); между
уширениями – не менее 0,5 м в твердых и полутвердых глинистых грунтах и
не менее 1 м в других разновидностях грунтов. Расстояние между осями
наклонных свай в уровне подошвы ростверка принимается не менее 1,5d, а
для свай – оболочек и буровых свай не менее 1 м в свету.
Расстояние от края ростверка до грани ближайшей сваи должно быть
не менее 25 см. При сваях – оболочках диаметром 2 м и более свес плиты
должен быть не менее 10 см. Головы свай должны быть жестко заделаны в
плиту ростверка: при диаметре свай до 60 см – на два диаметра, а при
диаметре более 60 см – не менее, чем на 120 см; для призматических свай –
не менее половины периметра. При использовании тампонажной подушки,
уложенной подводным способом ниже подошвы ростверка, глубина заделки
отсчитывается от низа бетона ростверка, уложенного насухо.
Допускается заделка свай в ростверке с помощью выпусков стержней
продольной арматуры длиной, определяемой расчетом, но не менее 30
диаметров стержней при арматуре периодического профиля и 40 диаметров
стержней при гладкой арматуре. При этом сваи должны быть заведены в
ростверк или насадку не менее чем на 10 см.
Бетонный ростверк в промежутках между сваями любого типа
армируют вблизи подошвы, а при наличии тампонажного слоя бетона – над
31
этим слоем. Вдоль и поперек оси моста укладывают стержни суммарным
сечением не менее 10 см2 на пог. м. ростверка, если по расчету не требуется
более мощного армирования.
Толщину тампонажной – водозащитной подушки принимают: не менее
1м –при укладке бетонной подушки на опалубку из досок или плит; не менее
1.5 м- при укладке бетона на грунтовое дно.
4.2. Выбор размеров и типов свай
Наиболее экономичными являются сваи-стойки, передающие нагрузку
нижним концом на скальные породы, крупнообломочные отложения и
твердые глинистые грунты с песчаным заполнителем средней плотности и
Е  50МПа . Не менее целесообразны сваи с уширенной пятой.
плотным с
Низ свай, оболочек, столбов, уширений пят следует заглублять в
несущий
слой
нескального
грунта
не
менее,
чем
на
0.5
м(для
крупнообломочных грунтов, гравелистых, крупных и средней крупности
песков, глинистых грунтов с J L  0.1 ), и не менее, чем на 1 м в прочих
видах грунтов.
Целесообразность применения того или иного типа свай зависит от
глубины расположения несущего слоя, величины и характера нагрузок.
В настоящее время с целью сокращения затрат труда и сроков
строительства рекомендуется применять меньшее количество свай за счет
увеличения их поперечного сечения. С этой точки зрения целесообразно
применение свай- оболочек и свай-столбов.
Размеры забивных свай следует назначать в соответствии с ГОСТом
19804-91 «Сваи забивные железобетонные».
Сваи могут быть расположены как вертикально, так и наклонно.
Наклонные
сваи
повышают
жесткость
фундамента
на
воздействие
горизонтальных нагрузок и позволяют уменьшить размеры плиты ростверка.
Исходя из технических возможностей применяемого в настоящее время
32
оборудования, наклоны не должны превышать следующих величин: для свай
– 3:1; свай-оболочек и свай-столбов диаметром 1.0-1.2 м –4:1; тоже,
диаметром 1.6 м –5:1; а диаметром 2 м –8:1.
Когда горизонтальные нагрузки невелики (менее 0.1 от вертикальных),
фундамент может быть запроектирован только с вертикальными сваями.
4.3.
Расчет свайного фундамента по первой группе предельных
состояний
В первую группу предельных состояний входят расчеты:
1) по прочности конструкций свай и ростверков;
2) по несущей способности грунта основания свай и свайных
фундаментов;
3) по устойчивости против глубокого сдвига (если основание
фундамента ограничено откосом).
Расчет свайных фундаментов и их оснований по несущей способности
должен производиться на основные сочетания расчетных нагрузок.
Определение расчетной нагрузки, допускаемой на сваю
Расчетная
нагрузка,
допускаемая
на
сваю,
определяется
как
наименьшее по двум условиям:
а) из условия сопротивления грунта основания сваи;
б) из условия сопротивления материала сваи.
Расчет одиночной сваи в составе фундамента и вне его по несущей
способности грунтов основания производят, исходя из условия:
N
Fd
k
,
(4.1)
где N –расчетная нагрузка, передаваемая на сваю (продольное усилие,
возникающее в ней от расчетных нагрузок, действующих на фундамент при
наиболее невыгодном их сочетании), определяемая по формуле (4.3.);
33
Fd- расчетная несущая способность сваи по грунту основания, определяемая
в соответствии с разделом 4 и 5 СНиП 2.02.03.-85;
γк- коэффициент надежности, значение которого зависит от способа
определения Fd. Значение Fd/γk – допускаемая нагрузка на сваю.
Значение γк при низком ростверке, подошва которого опирается на
грунт с модулем деформации больше 5 МПа, и при высоком ростверке при
сваях- стойках принимается равным 1.4. При высоком ростверке и низком
ростверке, подошва которого опирается на сильно сжимаемый грунт, и
висячих
сваях,
воспринимающих
только
сжимающую
нагрузку,
γк
принимается в зависимости от числа свай в фундаменте:
а) при 21 свае и более - γк =1.4; б) от 11 до 20 свай - γк =1.6;
в) от 6 до 10 свай - γк =1.65;
г) от 1 до 5 свай - γк =1.75.
При любом виде свай и ростверков, когда сваи работают на
воздействие выдергивающих нагрузок, значение γк зависит от числа свай, как
перечислено в пунктах а-г.
Несущую способность сваи по грунту основания Fd в курсовой работе
определяют по формулам 5,8-14 СНиП 2.02.03.-85.
Ствол сваи или сваи- столба рассчитывают на прочность, устойчивость
(при высоких ростверках), а также по трещиностойкости.
Для этого необходимо знать в различных сечениях ствола продольные
силы и изгибающие моменты, которые определяют расчетом фундамента с
учетом воздействия на сваи моментов и горизонтальных сил.
В
курсовой
работе
расчеты
свай
на прочность,
из
условия
сопротивления материала, устойчивость и трещиностойкость не производят.
Расчет свайного фундамента с низким ростверком
Свайные фундаменты представляют собой сложные статически
неопределимые пространственные системы. Обобщенная методика расчета
свайных фундаментов как рамных систем приведена в [6-8]. В курсовой
34
работе, с целью упрощения, расчет ведется по более простой методике,
принятой для проектирования свайных фундаментов с низким ростверком.
Ориентировочное количество свай определяется по формуле
n   k
N I  Gp
,
Fd
(4.2)
где NI – максимальная расчетная вертикальная нагрузка на уровне
обреза ростверка; Gp – расчетный вес ростверка и грунта на его обрезах; η –
коэффициент, учитывающий действие момента на фундамент и, в
зависимости от величины момента, принимаемый равным 1.1 –1.3. Для
прикидочного расчета рекомендуется принять G p  0,1N I
Найденное количество свай размещают в площади ростверка, исходя
из следующих требований: 1) расстояние между сваями и от края плиты
ростверка до ближайшей грани сваи должно отвечать требованиям,
приведенным в п.4.1. настоящих указаний; 2) равнодействующая постоянных
нагрузок, действующих на фундамент, должна проходить возможно ближе к
центру тяжести плана свай. Минимальные размеры ростверка в плане
следует определять по формулам (3.1). Если размеры подошвы ростверка
больше минимальных, то требуется выполнять условия (3.5), где ao и bo расстояния между гранями крайних свай вдоль и, соответственно, поперек
ростверка.
После разбивки осей свай
и их размещения в плане ростверка
производится определение расчетных нагрузок на сваи – N от воздействия
расчетных сочетаний нагрузок. Для фундаментов с вертикальными сваями
расчеты производятся по формуле:
1
1
1
N I M Ix Y M Iy X
N


  f Gcв ,
2
2
n
y
x
 i i
35
(4.3)
1
где N I - расчетная вертикальная сила, включающая вес ростверка, грунта на
его уступах, вычисляемая также, как для формулы (3.3); G cв - вес сваи, сваи
–оболочки или сваи-столба. Гидростатическое взвешивание тела опоры,
ростверка и грунта на его уступах учитывают:
при расчете на I-е сочетание нагрузок при ГМВ;
при расчете на II-е сочетание нагрузок при ГВВ;
при расчете на III-е сочетание нагрузок при ГПЛ или ГВЛ (принимается
более невыгодный случай);
M Ix , M Iy - расчетные изгибающие моменты относительно центральных осей
« x » и « y » плана свай в плоскости подошвы свайного ростверка
вычисляемое также, как для формулы (3.3);
n - число свай в фундаменте;
xi и y i - расстояние от главных осей до оси каждой сваи; Х и У – расстояние
от главных осей до оси сваи, для которой вычисляется расчетная нагрузка
N.
Расчетная нагрузка N , передаваемая на сваю не должна превышать
расчетной нагрузки, допускаемой на сваю ( N  Fd /  k ). Однако при расчете
на сочетания нагрузок, куда входят нагрузки от торможения, давления ветра
и льда,
навала судов, передаваемую на сваю расчетную нагрузку N
допускается повышать на 10% при четырех сваях в ряду и на 20% при восьми
и более сваях, если сваи образуют ряд или ряды в направлении действия
нагрузок. При промежуточном количестве свай процент повышения
расчетной нагрузки определяется интерполяцией.
Если в результате расчетов окажется, что расчетная нагрузка на
сваю N превышает допускаемую
Fd /  k , то следует либо увеличить
расстояние между ними, количество свай, либо изменить тип свай (сечение,
длину).
36
Если в свае возникают растягивающие усилия (со знаком минус), то
сваю проверяют на выдергивание по формуле:
N m in 
где
Fdu
k
,
(4.4)
Fdu - несущая способность сваи на выдергивание;  k - коэффициент
надежности, принимаемый согласно п.4.3.1.
При
постоянных
нагрузках
работа
свай
на
выдергивание
не
допускается.
4.3.3. Проверка несущей способности основания в уровне низа свай
Давления
рассматривая
по
подошве
свайный
условного
фундамент
как
фундамента
массивный
определяют,
прямоугольный
параллелепипед, размеры которого указаны в Прил. 25 [5]. Средний угол
внутреннего трения, значение которого используются для определения
размеров условного фундамента, определяют по формуле:
m  
Iihi
h
,
(4.5)
i
где
 Ii - расчетный угол внутреннего трения i -го слоя грунта (см. п.3.2); hi -
мощность i -го слоя грунта;
h - глубина погружения свай от подошвы
i
ростверка или от низа тампонажной подушки.
Несущую способность основания условного фундамента проверяют по
формулам:
P
R
n
 cR
P

и m ax
n ,
(4.6)
где Р и Рmax – среднее и максимальное давление на грунт по подошве
условного фундамента, определяемые по формулам (2) и (3) приложения
25[5]; R - расчетное сопротивление грунта под подошвой условного
37
фундамента, вычисляемое по формуле (3.2);  n  1.4 ;  c -коэффициент
условий работы, принимаемый равным 1.0 для первого сочетания расчетных
нагрузок и
 c  1,2 - для всех других сочетаний.
Осуществляя данную проверку следует принимать за расчетную
поверхность грунта для фундамента промежуточной опоры – поверхность
грунта у опоры на уровне местного размыва.
Указанная проверка не требуется для однорядных фундаментов в
любых грунтовых условиях и для фундаментов из свай, работающих как
сваи-стойки.
4.4. Расчет осадок свайного фундамента
В курсовой работе расчет осадок фундамента производится только на
действие
I-го
сочетания
нормативных
нагрузок
с
коэффициентами
перегрузки, равными единице. Свайный фундамент заменяют условным
массивным фундаментом, как это указано в п.4.3.3. Необходимо лишь
обратить внимание на то, что средний угол внутреннего трения определяется
по значениям
 II i , а не  I i (см. п.3.2), при  g =1 (см. п.3.2)..
Осадку фундамента определяют методом послойного суммирования.
Среднее давление на грунт по подошве условного массивного
фундамента находят по формуле:
Рср 
где
N
II
N
Ayм
II
,
(4.7)
- равнодействующая вертикальных нормативных нагрузок,
передаваемых по подошве условного массивного фундамента; Аум - площадь
подошвы этого фундамента.
Среднее давление по подошве Рср не должно превышать значения R,
определяемого по формуле (7) СНиП 2.02.01.-83
38
Если фундамент опирается
N
II
на водонепроницаемый грунт, то
находят как сумму веса фундамента, веса грунта и воды, находящихся
в объеме условного фундамента и веса воды над ним. Если фундамент
опирается на водопроницаемый грунт, то расчет производят с учетом
взвешивания тела фундамента и грунта в воде.
При определении осадок фундаментов русловых опор расчетную
поверхность грунта принимают на отметке дна реки без учета его размыва. В
остальном ход расчета такой же, как для фундамента мелкого заложения на
естественном основании (см. п.3.3.2.).
5. Производство работ по возведению фундамента
В процессе разработки этого раздела необходимо для рассчитанного
варианта фундамента выбрать и обосновать способ производства работ и
дать последовательное описание всех этапов возведения фундамента. В
пояснительной записке должен быть по выбору студента подробно отражен
один из следующих вопросов:
1.
Способ
разработки
грунта
(вид
строительных
машин,
их
производительность, организация работы).
2.
Способы
крепления
котлована
(вид
ограждения,
конструкция
ограждения, механизмы для устройства ограждения).
3.
Способы и устройства для водопонижения или водоотлива.
4.
Способы
производства
свайных
работ
(выбор
сваебойного
оборудования, определение проектного отказа, организация работ).
5.
Методы бетонирования (фундамента, ростверка, свай, организация
работ).
Подробные указания по производству работ приведены в [5,6,10-13,15].
Выбор конструкции шпунтового ограждения и необходимой глубины его
забивки можно производить по графикам, приведенным в [10].
На чертеже необходимо привести две- три схемы, изображающие
последовательность производства работ при возведении фундамента. На
39
каждой схеме показывается определенный технологический процесс на
стадии
завершения
с
изображениями
механизмов
и
оборудования;
приводятся все необходимые размеры фундамента, котлована, тампонажной
подушки, отметки низа шпунта, подошвы фундамента, дна котлована,
возвышения шпунта над поверхностью воды и общая его длина. Даются
краткие пояснения.
6. Литература
1.
ГОСТ 25100-95. Грунты. Классификация. 1997.
2.
СНиП 2.02.01-83*. Основания зданий и сооружений. – М.: Госстрой
СССР, 2002.
3.
СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты. – М.: Госстрой СССР, 2002.
4.
СНиП 3.02.01-87. Земляные сооружения. Основания и фундаменты.
Правила производства и приемки работ. – М.: Госстрой СССР, 1985.
5.
СНиП 2.05.03-84. Мосты и трубы. – М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1988.
6.
Костерин Э.В. Основания и фундаменты. – М.: Высшая школа, 1990.
7.
Завриев К.С., Шпиро Г.С. Расчеты фундаментов мостовых опор
глубокого заложения. – М.: Транспорт, 1970.
8.
Глотов Н.М., Луга А.А., Силин К.С., Завриев К.С. Свайные
фундаменты. – М.: Транспорт, 1975.
9.
Силин К.С., Глотов Н.М. Опускные колодцы. – М.: Транспорт, 1971.
10.
Справочник. Строительство мостов и труб. / Под ред. Кириллова В.С. –
М.: Транспорт, 1975.
11.
Мосты и сооружения на дорогах. / Под ред. Гибшмана Е.Е. – М.:
Транспорт, 1972.
12.
Глотов Н.М., Соловьев Г.П., Файнштейн И.С. Справочник. Основания
и фундаменты мостов. – М, Транспорт, 1990.
13.
Глотов Н.М., Силин К.С. Строительство фундаментов глубокого
заложения.–М.: Транспорт, 1985.
40
14.
Глотов Н.М., Силин К.С., Завриев К.С. Проектирование фундаментов
глубокого заложения.– М.: Транспорт, 1982.
15.
Пособие по производству работ при устройстве оснований и
фундаментов (к СНиП 3.02.01-83). / НИИИОСП им. Н.М.Герсеванова.
–М.: Стройиздат, 1986.
41
Приложение I
Нагрузки, действующие на фундамент опоры моста
Таблица № 1
NоН, кН
МаН, кНм
Nо, кН
Ма, кНм
10400
950
I
12100
1150
9400
430
II
10200
510
9900
1100
III
8900
1320
2500
770
IV
2720
940
Г 10+2x1,0; L1=27м; L2=42м; Н0=7м.
МвН, кНм
Мв, кНм
660
740
2150
1900
650
590
-
Сочетания
ТаН, кН
Та, кН
1400
1690
420
700
ТвН, кН
Тв, кН
300
250
-
Таблица № 2
NоН, кН
МаН, кНм
Nо, кН
Ма, кНм
11300
1789
I
13100
2150
10400
740
II
10900
900
10700
11700
III
9900
1400
1520
1200
IV
1600
1600
Г 10+2x1,0; L1=36м; L2=42м; Н0=6м.
МвН, кНм
Мв, кНм
550
630
1800
3200
555
500
-
Сочетания
ТаН, кН
Та, кН
1520
1830
530
880
ТвН, кН
Тв, кН
1000
1300
-
Таблица № 3
NоН, кН
МаН, кНм
Nо, кН
Ма, кНм
12000
1250
I
14100
1510
11100
590
II
12000
700
11200
11600
III
10200
13700
3000
2330
IV
3120
2680
Г 11,5+2x1,5; L1=36м; L2=42м; Н0=8м.
МвН, кНм
Мв, кНм
900
1010
2920
3500
1350
1360
-
Сочетания
42
ТаН, кН
Та, кН
1750
2100
720
1200
ТвН, кН
Тв, кН
270
245
-
Таблица № 4
NоН, кН
МаН, кНм
Nо, кН
Ма, кНм
8400
800
I
10100
960
7700
370
II
8400
440
7100
2700
III
7050
3200
1400
650
IV
1680
780
Г 8+2x1,0; L1=21м; L2=42м; Н0=9м.
МвН, кНм
Мв, кНм
510
570
1980
2240
510
490
-
Сочетания
ТаН, кН
Та, кН
1430
1520
420
700
ТвН, кН
Тв, кН
140
180
-
Таблица № 5
NоН, кН
МаН, кНм
Nо, кН
Ма, кНм
14300
3400
I
17000
4100
11800
1600
II
12500
1800
9800
5800
III
9000
6700
1800
1200
IV
1950
1450
Г 11,5+2x1,5; L1=24м; L2=42м; Н0=6м.
МвН, кНм
Мв, кНм
2300
2700
8200
7800
120
100
-
Сочетания
ТаН, кН
Та, кН
1700
1950
600
850
ТвН, кН
Тв, кН
700
640
-
Таблица № 6
NоН, кН
МаН, кНм
Nо, кН
Ма, кНм
13800
1320
I
16000
1580
12600
480
II
12100
570
12800
12200
III
11600
14500
2260
1800
IV
2300
2400
Г 11,5+2x1,5; L1=33м; L2=42м; Н0=7м.
МвН, кНм
Мв, кНм
990
1100
4400
4670
970
850
-
Сочетания
43
ТаН, кН
Та, кН
1900
2250
830
1380
ТвН, кН
Тв, кН
400
360
-
Таблица № 7
NоН, кН
МаН, кНм
Nо, кН
Ма, кНм
9800
1200
I
11400
1400
9000
520
II
9400
620
8800
1400
III
8200
1700
2800
1800
IV
3500
2100
Г 11,5+2x1,5; L1=27м; L2=36м; Н0=8м.
МвН, кНм
Мв, кНм
180
200
2050
3000
200
160
-
Сочетания
ТаН, кН
Та, кН
1500
1800
730
860
ТвН, кН
Тв, кН
400
360
-
Таблица № 8
NоН, кН
МаН, кНм
Nо, кН
Ма, кНм
9400
880
I
1100
1060
8500
320
II
9000
470
8100
10700
III
7800
12800
1700
1500
IV
1900
1800
Г 10+2x1,0; L1=24м; L2=36м; Н0=8м.
МвН, кНм
Мв, кНм
310
360
2150
2320
2400
900
-
Сочетания
ТаН, кН
Та, кН
1400
1600
670
1110
ТвН, кН
Тв, кН
270
245
-
Таблица № 9
NоН, кН
МаН, кНм
Nо, кН
Ма, кНм
11000
900
I
12500
1200
9600
460
II
10600
520
9800
1200
III
8700
1350
1600
800
IV
1800
960
Г 10+2x1,0; L1=24м; L2=42м; Н0=8м.
МвН, кНм
Мв, кНм
700
780
2300
2600
700
630
-
Сочетания
44
ТаН, кН
Та, кН
1500
1800
460
770
ТвН, кН
Тв, кН
320
380
-
Таблица № 10
NоН, кН
МаН, кНм
Nо, кН
Ма, кНм
13700
1320
I
15800
1580
12700
580
II
13200
700
12100
12400
III
11600
14800
3200
450
IV
2700
540
Г 11,5+2x1,0; L1=27м; L2=42м; Н0=8м.
МвН, кНм
Мв, кНм
851
954
2690
2360
1270
1520
-
Сочетания
ТаН, кН
Та, кН
1000
1210
150
180
ТвН, кН
Тв, кН
460
600
-
Таблица № 11
NоН, кН
МаН, кНм
Nо, кН
Ма, кНм
12000
1250
I
14000
1500
11000
580
II
12000
700
11200
11600
III
10200
13600
3000
750
IV
3110
850
Г 11,5+2x1,5; L1=27м; L2=42м; Н0=7м.
МвН, кНм
Мв, кНм
900
1010
2920
3500
1350
1390
-
Сочетания
ТаН, кН
Та, кН
1750
2010
420
700
ТвН, кН
Тв, кН
270
240
-
Таблица № 12
NоН, кН
МаН, кНм
Nо, кН
Ма, кНм
8600
890
I
10000
1060
7100
390
II
8100
470
7600
3600
III
7100
4400
1600
700
IV
1700
800
Г 8+2x1,0; L1=24м; L2=36м; Н0=6м.
МвН, кНм
Мв, кНм
120
140
1700
2000
610
650
-
Сочетания
45
ТаН, кН
Та, кН
320
510
290
340
ТвН, кН
Тв, кН
190
250
-
Таблица № 13
NоН, кН
МаН, кНм
Nо, кН
Ма, кНм
9200
830
I
9600
1000
8900
380
II
10000
460
8800
3200
III
8000
3800
1500
680
IV
1650
820
Г 8+2x1,0; L1=27м; L2=36м; Н0=8м.
МвН, кНм
Мв, кНм
300
350
1800
2100
550
500
-
Сочетания
ТаН, кН
Та, кН
1200
1500
380
630
ТвН, кН
Тв, кН
160
190
-
Таблица № 14
NоН, кН
МаН, кНм
Nо, кН
Ма, кНм
8900
900
I
10500
1080
8300
400
II
9100
480
8100
2900
III
7060
3500
1600
660
IV
1850
790
Г 8+2x1,0; L1=27м; L2=42м; Н0=9м.
МвН, кНм
Мв, кНм
550
610
2000
2400
580
510
-
Сочетания
ТаН, кН
Та, кН
1300
1600
400
660
ТвН, кН
Тв, кН
180
210
-
Таблица № 15
NоН, кН
МаН, кНм
Nо, кН
Ма, кНм
8700
870
I
9000
920
7900
340
II
8700
400
7800
2300
III
8600
2800
1400
550
IV
1680
660
Г 8+2x1,0; L1=21м; L2=36м; Н0=7м.
МвН, кНм
Мв, кНм
480
570
1800
2000
610
550
-
Сочетания
46
ТаН, кН
Та, кН
1350
1600
400
660
ТвН, кН
Тв, кН
210
250
-
Таблица № 16
NоН, кН
МаН, кНм
Nо, кН
Ма, кНм
9100
930
I
11000
1100
8800
450
II
9700
540
8500
3100
III
9300
3700
1600
700
IV
1850
840
Г 8+2x1,0; L1=24м; L2=42м; Н0=9м.
МвН, кНм
Мв, кНм
600
670
2300
2000
700
770
-
Сочетания
ТаН, кН
Та, кН
1350
1620
430
710
ТвН, кН
Тв, кН
210
250
-
Таблица № 17
NоН, кН
МаН, кНм
Nо, кН
Ма, кНм
10900
1350
I
12600
1620
10100
490
II
11000
600
9800
1200
III
10800
1500
2900
800
IV
3300
960
Г 11,5+2x1,0; L1=21м; L2=42м; Н0=9м.
МвН, кНм
Мв, кНм
1000
1120
3000
3300
1500
1350
-
Сочетания
ТаН, кН
Та, кН
1850
2200
500
830
ТвН, кН
Тв, кН
320
270
-
Таблица № 18
NоН, кН
МаН, кНм
Nо, кН
Ма, кНм
12000
1500
I
14400
1800
11100
400
II
10000
480
9800
900
III
8900
1580
1700
800
IV
1900
980
Г 10+2x1,0; L1=33м; L2=42м; Н0=9м.
МвН, кНм
Мв, кНм
600
670
2200
1950
620
560
-
Сочетания
47
ТаН, кН
Та, кН
1200
1440
470
780
ТвН, кН
Тв, кН
290
350
-
Таблица № 19
NоН, кН
МаН, кНм
Nо, кН
Ма, кНм
9600
850
I
11100
1020
9200
740
II
10100
890
9000
960
III
8200
1150
1450
870
IV
1650
1070
Г 10+2x1,0; L1=27м; L2=33м; Н0=7м.
МвН, кНм
Мв, кНм
520
980
1500
1700
540
600
-
Сочетания
ТаН, кН
Та, кН
1200
1440
400
660
ТвН, кН
Тв, кН
350
420
-
Таблица № 20
NоН, кН
МаН, кНм
Nо, кН
Ма, кНм
10600
1500
I
12800
1800
10200
600
II
12200
720
10350
1300
III
11200
1560
1500
800
IV
1720
960
Г 10+2x1,0; L1=21м; L2=42м; Н0=9м.
МвН, кНм
Мв, кНм
640
770
2100
2520
600
720
-
Сочетания
48
ТаН, кН
Та, кН
1900
2280
380
630
ТвН, кН
Тв, кН
280
340
-
Приложение II
Гидрологические условия в м
Таблица 1
Расстояние от дна реки
Варианты
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
ГВВ
5,5
6
6,5
4,5
5
5,5
3,5
4
4,5
3,5
ГВЛ
4
4,5
5
3,5
4
4,5
2,5
3
3,5
2,5
ГПЛ
3
3,5
4
2,5
3
3,5
2
2
2,5
2
ГМВ
2
2,5
3
2
2
2,5
1
1
1,5
1
hмр
1.0
1.5
1.2
1.6
1.8
1.3
1.5
1.0
0.9
1.2
hл
0.6
0.9
0.5
0.8
1.0
0.9
0.7
0.6
0.8
0.7
Приложение III
Размеры опоры в плане, м
Таблица 2
Вариант
Размеры
(a o  bo )
1
2
3
4
5
6
8х1.65
9х1.75
9х1.65
6х1.65
9х1.7
10х1.85
продолжение
7
8
9
10
11
12
13
9х1.80
8х1.70
8х1.65
9х1.60
10х1.85
7х1.60
8х1.70
продолжение
14
15
16
17
18
19
20
6х1.65
7х1.70
7х1.60
10х1.70
8х1.90
8х1.75
8х1.70
49
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОЙ
РАБОТЫ «ФУНДАМЕНТ ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ОПОРЫ МОСТА»
ля студентов специальностей 270201, 270205
Составитель: А.Н. Драновский
Редактор: Н.Х. Михайлова
Корректор: М.А. Рожавина
Подписано в печать
Формат 60x84/16
Заказ №
Печать ризографическая
Усл.-печ.л.
Бумага тип. №1
Тираж 200 экз.
Уч.-изд.л.4,0
Редакционно - издательский отдел Казанского государственного
архитектурно- строительного университета
420043, г. Казань, ул. Зеленая, 1
Печатно - множительный отдел Казанского государственного
архитектурно- строительного университета
420043, г. Казань. Ул. Зеленая, 1
50