Проектирование фундаментов мелкого и глубокого заложения под промежуточные опоры мостов
Главная > Курсовая работа >Строительство
Министерство транспорта Российской Федерации
Федеральное агентство железнодорожного транспорта
САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
Кафедра «Строительные конструкции и материалы»
Курсовой проект по дисциплине
«ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ»
на тему: «Проектирование фундаментов мелкого и глубокого заложения под промежуточные опоры мостов»
Выполнила: студентка гр.264
Принял: Травин А.В.
1. Исходные данные
2. Проектирование фундамента мелкого заложения
2.1 Определение минимально возможной глубины заложения фундамента и его высоты
2.1.1 Определение глубины заложения фундамента, возводимого на водотоке
2.1.2 Определение высоты фундамента
2.2. Расчёт основания и фундамента по первой группе предельных состояний
2.2.1 Расчёт по несущей способности основания
2.2.1.1 Определение размеров подошвы фундамента h f , b и l
2.2.1.2 Определение расчётного сопротивления грунта основания осевому сжатию
2.2.1.3 Определение расчётных нагрузок на фундамент
2.2.2 Расчёт фундамента на устойчивость против опрокидывания
2.3 Расчёт основания и фундамента по второй группе предельных состояний
2.3.1 Определение осадки основания фундамента
2.3.2 Определение крена фундамента
3. Проектирование фундамента глубокого заложения
3.1 Определение глубины заложения ростверка и его размеров
3.2 Выбор длины и размеров поперечного сечения свай
3.3 Определение несущей способности сваи
3.4 Размещение свай под подошвой ростверка
3.5 Определение расчётной нагрузки на сваю
4. Технико-экономическое сравнение вариантов фундамента
Целью данного курсового проекта является проектирование фундаментов мелкого и глубокого (свайного) заложения под промежуточные опоры мостов.
Рис. 1.1. Конструктивная схема моста с жёстким фундаментом мелкого заложения под промежуточную опору: УМВ – уровень меженных вод; NL – отметка поверхности природного рельефа; FL – отметка подошвы фундамента; WL – отметка уровня подземных вод; l – расчётный пролёт
Рис. 1.2. Конструктивная схема моста с фундаментом глубокого заложения (свайным) с низким жёстким ростверком под промежуточную опору. УМВ – уровень меженных вод; l – расчётный пролёт
1 . Исходные данные
Исходными данными для выполнения курсовой работы являются:
— инженерно-геологические условия района строительства , которые принимаются по результатам ранее выполненной курсовой работой по механике грунтов;
— физико-механические характеристики грунтов основания , численные значения которых принимаются по результатам ранее выполненной курсовой работы по механике грунтов;
— конструкция промежуточной опоры и фундамента под неё принимаются по рисункам 2.1 и 2.2;
— схема приложения нагрузок на промежуточную опору и фундамент принимается по рисунку 2.3;
— нормативные нагрузки на промежуточную опору и фундамент принимаются по таблице 2.1;
— расчётный пролёт ( l ), высота опоры (h оп ), коэффициент для определения и глубина размыва грунта (h р ) принимаются по таблице 1.
2 . Проектирование фундамента мелкого заложения
Конструкция фундамента мелкого заложения и основные параметры, её определяющие, приведены на рис.2.1 . Такие фундаменты проектируются монолитными из бетона класса не ниже В15.
2.1 Определение минимально возможной глубины заложения фундамента и его высоты
Глубина заложения фундаментов определяется:
— инженерно-геологическими условиями площадки строительства;
— возможным размывом грунта у фундамента при возведении его в русле реки (на водотоке.)
— глубиной сезонного промерзания грунтов;
— нагрузками, передаваемыми фундаментом на грунты основания.
Вместе с тем, глубина заложения фундамента должна быть такой, чтобы надёжная и безопасная эксплуатация сооружения обеспечивалась при минимальных затратах на возведение фундаментов.
Таблица 1 Исходные данные
Номер варианта 0
Нормативная нагрузка от собственного веса конструкций пролётных строений G n пр.с. , кН
Нормативная нагрузка от подвижного состава P n , кН
Нормативная горизонтальная продольная нагрузка от торможения или силы тяги Т n , кН
Номер варианта 2
Расчётный пролёт l, м
Высота опоры h оп. , м
Глубина размыва грунта h р , м
Коэффициент М t
Выполнение этого условия, при заданной конструкции фундамента, достигается за счёт рационального выбора наименьшей (из возможных) глубины его заложения. При этом следует учитывать, cуглинок с показателем текучести I L =0.96 нельзя брать в качестве несущего слоя. Такой грунт должн прорезаться фундаментом до слоя надёжного грунта-песка, который и принимается за несущий. В выбранный несущий слой грунта фундамент должен быть заглублен не менее чем на 0,5 м.
2.1.1 Определение глубины заложения фундамента, возводимого на водотоке
По инженерно-геологическим условиям площадки строительства
Исходя из инженерно-геологических условий минимальная глубина заложения фундамента d (рис.1.1а) будет:
d = h нес. сл. + 0,5 (2.1)
где h нес. сл. – глубина подошвы слоя, предшествующего несущему, м.
При возможности размыва грунта фундамент мостовой опоры должен быть заглублен не менее чем 2,5 м от дна водотока после его размыва расчётным паводком.
Исходя из возможности размыва грунта, глубина заложения фундамента d (рис.1.1а) будет:
d = h w + h p + 2,5 , (2.2)
где h w глубина водотока (рис.1.1а), м;
h p глубина размыва грунта, принимаемая по табл.1, м.
2. 1.2 Определение высоты фундамента
Высота фундамента h f определяется как разность отметок его подошвы и обреза и находится из выражения:
h f = d – d обр. , (2.4)
где d – глубина заложения фундамента, м; d обр. – расстояние от условной нулевой отметки до обреза фундамента, принимаемое равным: h f = 4,6-0,5=4,1 для фундаментов, возводимых на водотоке d обр = 0,5 м;
2. 2 Расчёт основания и фундамента по первой группе предельных состояний
В соответствии с п.7.5[2] , расчёт основания и фундамента по первой группе предельных состояний – это расчёты по несущей способности основания и устойчивости фундамента против опрокидывания. Прочность и устойчивость конструкций жёстких фундаментов мелкого заложения по материалу обеспечивается, как правило, выполнением конструктивных требований при назначении их размеров.
2. 2.1 Расчёт по несущей способности основания
2.2.1.1 Определение размеров подошвы фундамента h f , b и l
Размеры подошвы фундамента связаны с его высотой h f , исходя из геометрических соображений и Рис.2.1, следующими простыми соотношениями:
b = b o + 2h f tg; (2.5)
l = l o + 2h f tg ,
где b o и l o – ширина и длина фундамента в уровне обреза, принимаемые по рис.2.1, м.
Из соотношений (2.5) следует, что при заданной высоте фундамента размеры подошвы могут быть минимальными при = 0 и максимальными при = 30 о . В первом случае размеры подошвы будут совпадать с размерами фундамента по обрезу, а боковые грани будут без уступов.
Однако основное исходное условие для выбора размеров подошвы фундамента – обеспечение надёжной и безопасной работы сооружения (в данном случае моста). Для этого необходимо, чтобы при соблюдении соотношений (2.5) среднее давление р под подошвой фундамента от внешних нагрузок не превышало бы расчётного сопротивления грунта основания R, при этом максимальное давление p max не должно превышать 1,2R, а минимальное p min не должно быть растягивающим, чтобы не было отрыва подошвы от основания.
Исходя из приведенных выше соображений и в соответствии с требованиями п.п. 7.7, 7.8 [2] будем иметь:
p max 1,2R / n ; (2.6)
где p, p max , p min – среднее, максимальное и минимальное давление под подошвой фундамента (рис.2.3), определяемые по формулам, кПа:
p = N / A = N / (b* l ); (2.7)
p max = N / A + M / W = N / (b* l ) + T(h оп . + h f ) / ( l *b 2 / 6); (2.8)
p min = N / A — M / W = N / (b* l ) + T(h оп . + h f ) / ( l *b 2 / 6); (2.9)
R – расчётное сопротивление грунта основания осевому сжатию, определяемое по формуле (2.10), кПа;
n – коэффициент надёжности по назначению сооружения, принимаемый равным1,4;
N суммарная вертикальная расчётная нагрузка на фундамент в уровне его подошвы, определяемая по формуле(2.18), кН;
Т расчётная горизонтальная продольная нагрузка от торможения или силы тяги, определяемая по формуле (2.13), кН;
W – момент сопротивления площади подошвы фундамента относительно оси, проходящей через её центр тяжести и параллельной длинной стороне фундамента;
b, l – размеры подошвы фундамента, м;
h оп. , h f – высота опоры и фундамента, м.
Источник
Тема 3.3. Фундаменты глубокого заложения
Фундаменты глубокого заложения
В опорах мостов применяют фундаменты из свай и оболочек, когда давление надо передать на глубоко залегающие слон грунта.
Свая — это полностью или частично погруженный в грунт стержень, служащий для передачи давления от сооружения на нижележащие слои грунта. Если сваи проходят через слабые грунты и опираются своими нижними концами на плотную породу, то их называют сваями-стойками (рис. 4.1, а). Сваи, передающие давления главным образом за счет трения своих боковых поверхностей о грунт, называют висячими (рис. 4.1, б). По материалу различают сваи деревянные, бетонные, железобетонные и металлические, по способу погружения в грунт — забивные, буровые, винтовые.
Оболочка представляет собой сваю кольцевого поперечного сечения диаметром более 80 см. Оболочки делают железобетонными и при больших диаметрах погружают вибропогружателями.
Конструкция, объединяющая головы свай или оболочек и распределяющая на них давление от вышележащей части сооружения, представляет собой ростверк. В опорах современных мостов ростверк делают в виде бетонной или железобетонной плиты, в которой надежно заделывают головы свай. В зависимости от уровня расположения ростверка по отношению к поверхности грунта различают низкие и высокие свайные ростверки. Низкий ростверк располагают на таком уровне, чтобы головы свай всегда были ниже поверхности грунта, даже в случае возможного его размыва (см. рис. 4.1, а, б). В низком ростверке горизонтальные силы передаются частично на сваю, но в большей степени на грунт боковой поверхностью фундамента. В высоком ростверке верхнюю часть свай
располагают выше поверхности грунта (рис. 4.1, в). В таком ростверке горизонтальные силы полностью передаются сваям, вызывая в них большие изгибающие моменты.
В плане сваи располагают рядами или в шахматном порядке Расстояния между центрами нижних концов свай принимают не менее трех ее диаметров (толщин), так как при забивке свая хорошо уплотняет примерно такую зону окружающего ее грунта.
Сваи значительно хуже сопротивляются действию горизонтальных сил, чем вертикальных, поэтому при передаче фундаменту больших горизонтальных усилий часть свай нужно забивать наклонно с тем, чтобы их направление было ближе к направлению равнодействующих усилий, передаваемых фундаменту (см. рис. 4.1, в).
Несущая способность сваи слагается из усилия, которое она может передавать грунту своим острием, и усилия, которое она может передать боковой поверхностью окружающему грунту через трение. Сваи-стойки передают преобладающую часть давления через острие, поэтому их несущая способность зависит от прочности грунта под острием сваи, а также от несущей способности само» сваи как сжатой стойки.
В висячих сваях давление передастся как острием, так и боковой их поверхностью, поэтому несущая способность висячих свай зависит от их диаметра и глубины забивки, степени уплотнения грунта, а иногда и от способа погружения. Наиболее надежный способ определения несущей способности свай — это испытание их пробной нагрузкой. В тех случаях, когда нет возможности провести такие испытания, несущую способность свай определяют теоретически по формулам.
Сваи-столбы, пли просто столбы, отличаются от забивных свай или оболочек способом их возведения. Столбы сооружают без принудительного заглубления, устраивая в грунте скальпом основании скважины, заполняемые затем бетонной смесью. Скважины и, следовательно, бетонируемые в них столбы могут иметь уширения в нижней части для увеличения их несущей способности.
Дальнейшим развитием конструкций в виде столбов можно считать фундаменты из стенок в грунте, сооружаемых в предварительно устроенных траншеях. Такие типы фундаментов удобны при большой длине возводимого сооружения. Для устройства этих фундаментов в грунте выкапывают прямоугольные прорези, заполняемые по мере их разработки глинистым раствором (рис. 4.2, а). Затем прорези-котлованы заполняют бетонной смесью (рис. 4.2, б), устанавливая в случае необходимости арматурные каркасы. Стенки могут непосредственно служить фундаментами, передающими давление на нижележащие более прочные грунты (рис. 4.2, в). Иногда их используют как ограждение для последующей разработки окруженной ими части грунта и устройства под их защитой тела фундамента (рис. 4.2, г). Этот вид фундаментов во многих случаях весьма экономичен и легко осуществим.
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Источник
Фундамент глубокого заложения
Если фундамент закладен на глубину до 5-6 м и отношение этой глубины к ширине подошвы не превышает 1,5-2, то его называют фундаментом мелкого заложения и возводят в котлованах.
Если подошва фундамента расположена на глубине больше 5-6 м м и отношение этой глубины к ширине подошвы больше 1,5-2, то такой фундамент будет глубокого заложения.
Фундаменты глубокого закладывания подразделяются на свайные, опускные колодцы, кессоны. Они имеют разные специфические способы производства работ и соответственно особые конструкции.
Кроме этого фундаменты глубокого заложения и мелкого заложения отличаются:
— способом производства работ;
— расчетами: при расчетах фундамента мелкого заложения учитывается работа (сопротивление) грунта только на подошве фундамента, фундаментов глубокого заложения – учитывается еще и сопротивление грунта по боковой поверхности фундамента, то есть фундамент рассчитывается с учетом его заделки (защемления) в грунте.
Основания подразделяютсяна:
— естественные и искусственные;
— скальные и нескальные.
Скальные основания представляют собой массивные каменные горные породы, изверженные, метаморфические и осадочные, которые спаяны и сцементированы жесткой связью между зернами, и которые залегают в виде сплошного массива или трещиноватой толщи и характеризующиеся значительными пределами прочности при сжатии (больше 50 кгс/см2).
Деформации скальных оснований при действии нагрузки от сооружений небольшие и их часто не учитывают.
При выборе отметки заложения оснований сооружения важным является глубина заложения скальных пород, их трещиноватость, обломочность, мощность, зоны выветривания.
Это самые надежные и несжимаемые основания.
Нескальные основания представляют толщу рыхлых горных пород –грунтов несвязных или связных, но прочность их внутренних связей во много раз меньше прочности материала самих минеральных часттиц. Это отложения крупнообломочных, песчаных, глинистых и илистых грунтов. Эти основания требуют к себе наибольшего внимания при возведении сооружений, так как им свойственна значительно большая деформируемость и неоднородность по сравнению со строительными материалами, из которых возводятся сооружения(бетон, железобетон, и тому подобное).
Если фундамент возводится на грунте с сохранением его природных качеств, то есть на грунте ненарушенной структуры, то такое основание называется естественным.
Если грунт перед возведением фундамента укрепляют тем или иным способом , то такое основание называется искусственным.
2. Глубина заложения фундаментов. Нормативные положения. Выбор рационального фундамента.
Выбор глубины заложения подошвы фундамента является одним из основных этапов проектирования. Выбор глубины заложения фундаментов выполняется по «Снип2.02.01-83. «Основания зданий и сооружений».
Выбрать глубину заложения– это значит найти в напластовании грунтов несущей площадки несущий слой, способный выдержать давление от сооружения и правильно заложить в нем подушку фундамента.
От принятой глубины заложения зависит тип фундамента, его конструкция и способ производства работ.
Чем выше заложена подошва, тем экономический фундамент (меньшая стоимость работ на его устройству).
Так как верхние слои грунта не обладают достаточной несущей способностью, необходимо заглубление подошвы фундамента. Для одних и тех же грунтовых условий можно избрать несколько вариантов глубины заложения и типов фундаментов. Выбирается наиболее экономичный фундамент путем сравнения технико-экономических показателей.
Решая вопрос о выборе глубины закложения фундамента, типа фундамента, учитывают три основных фактора:
1) инженерно-геологические условия площадки строительства;
2) климатические воздействия на верхние слои грунта;
3) особенности сооружений как возводимых, так и расположенных
Инженерно-геологические условия площадки строительства
Выбор глубины заложения и типа фундамента начинается с оценки грунтовых условий (несущей способности грунтов) на основе материалов инженерно-геологических исследований, то есть изысканий, в которых должны быть отражены:
— геологическое строение места строительства сооружения (грунтовые колонки, геологические разрезы, геологические характеристики грунтов);
— сведения об инженерно-геологических процессах в районе строительства (оползни, карстовые явления, и тому подобное);
— физические и механические характеристики грунтов, полученные в результате полевых и лабораторных испытаниях;
— гидрологические условия (сведения о подземных грунтовых водах, их режимах, агрессивности по отношению к материалу фундамента, сведения о режимах рек).
Оценку несущей способности грунтов выполняют послойно сверху вниз по геологическим разрезам и грунтовым колонкам.
Каждая площадка строительства имеет свои специфические особенности. Напластование грунтов сугубо индивидуально. Но в большинстве случаев могут быть выделены три характерные схемы грунтовых условий (рис. 2)
1- прочный грунт (надежный);
2- малопрочный грунт (слабый).
Понятие «слабый» и «надежный» грунт – достаточно относительные. Эти понятия связываются с проектуемым сооружением. Если проектируется легкое сооружение, то даже сильно сжимаемые грунты могут быть «надежными». При тяжелых сооружениях, под нагрузкой которых фундаменты получают большие осадки, грунты даже средней сжимаемости, будут считаться «слабыми».
Схема 1: Толщина надежных грунтов может состоять из нескольких слоев, но подстилающие слои должны иметь качества по сжимаемости и сопротивлению грунта сдвигу не ниже верхнего слоя толщи (то есть каждый нижележащий слой прочнее предыдущего).
Глубина заложения зависит от климатических условий и особенностей сооружения. Самое простое решение – принятие минимальной глубины заложения, допускаемой при учете климатических воздействий и особенностей сооружения (рис. 3)
Схема 2: При таком напластовании можно наметить ряд решений (в этом случае «слабые» грунты сверху, внизу «надежные»). Рациональность принятых решений зависит от глубины, на которой залегают «надежные» грунты, и от характера возводимого сооружения (см. рис. 4):
а) самое простое решение – прорезка «слабых» грунтов и передача давления на «надежные» (рис. 4а);
б) если «надежный» грунт залегает на большой глубине, то фундамент свайный или столбчатый (рис. 4б);
в) легкие сооружения можно основать на коротких сваях, передающих нагрузку на «слабый» грунт (мощность «слабого» грунта достаточно большая);
г) слабые грунты могут быть уплотнены или заменены песчаной подушкой.
Схема 3: В этом случае рекомендуются такие решения:
а)самое простое, но всегда самое эффективное решение – прорезка верхнего «надежного» и «слабого» слоев и передача давления на нижний «надежный» грунт (рис. 5);
б) опереть фундамент на верхний «надежный» грунт и проверить при этом величину давления на кровлю слабого слоя (рис. 6);
в) закрепить «слабый» слой грунта, то есть устроить искусственное основание.
К инженерно-геологическим относятся и гидрогеологические условия.
Климатические воздйствия на верхние слои грунта.
Под воздействием промерзания и протаивания, высыхания и увлажнения верхние слои грунта могут изменять свой объем, вызывая неравномерные деформации основания и фундамента. Наиболее опасным является сезонное промерзание грунтов.
Многие грунты при промерзании увеличиваются в объеме (испытают пучение). Это пучиноопасные грунты. К ним относятся глинистыегрунты, пылеватые и мелкозернистые пески.
Непучиноопасными является среднезернистые, крупнозернистые и гравелистые пески, гравий, галька, медленно выветривающиеся скальные породы.
При расположении подошвы фундамента в зоне промерзания при пучинистых грунтах на фундамент могут действовать силы пучения, нормальные к его подошве и касательные к боковой поверхности.
В случае превышения нормальными силами пучения величины давления на грунт сооружения, в процессе промерзания грунтов могут возникнуть неравномерные и значительные подъемы фундамента, а при оттаивании – неравномерные осадки. Это приводит к разрушению сооружения.
Следует учитывать, что промораживание грунтов в процессе строительства недопустимо. По «СниП 2.02.01-83» глубина подошвы фцндамента
где df – расчетная глубина сезонного промерзания грунта для данной местности;
dfn– нормативная глубина сезонного промерзания;
kh – коэффициент влияния тепловодного режима сооружения;
Нормативная глубина сезонного промерзания грунта dfn принимается равной средней из ежегодных максимальных глубин сезонного промерзания грунтов по данным наблюдений за период не менее 10 лет при определенных условиях (над оголенной от снега поверхности при уровне меженных вод ниже уровня сезонного промерзания).
При отсутствии данных наблюдений определяется расчетом по «СниП 2.02.01-83» п.2.27.
При строительстве на водотоках непременным условием при выборе глубины заложения является учет возможных размывов дна у опоры после строительства моста. Глубина заложения фундамента с учетом размывов принимается за п. 12.5 «СниП 2.02.01-83».
Особенности сооружений возводимых и соседних.
К особенностям сооружений относятся нагрузки, передаваемые на основание, чувствительность конструкций к неравномерным осадкам, планируемая долговечность сооружения и их уникальность. Кроме того наличие подвалов, приямков, характер подземного хозяйства около объекта строительства. Примыкание к фундаментам ранее построенных зданий приводит к необходимости учитывать глубину заложения существующих фундаментов здания, чтобы не нарушать структуру грунта под их подошвами.
Пример учета особенностей сооружения: Для мостов внешне статически неопределимых систем наиболее пдходящими грунтами для оснований яляются малосжимаемые скальные и полускальные грунты. При соответствующем обосновании расчетом пролетних строений могут применяться плотные крупнообломочные грунты, крупнозернистые пески. При других грунтах обычно применяют статически определимые пролетные строения.
3. Предельные состояния оснований. Общие положения расчетов.
Расчет по предельным состояниям впервые был предложен и внедрен советскими учеными Стрелецким Н.С., Гвоздевым А.А. и др., он позволяет получить наиболее экономичные конструктивные решения при разумном запасе несущей способности втечение всего срока службы сооружения.
Предельными называется такие состояния, при которых становится невозможной или вызывает значительные затруднения нормальная эксплуатация сооружения.
Предельные состояния делятся на 2 группы:
І группа – состояния, когда эксплуатация сооружения невозможна из-за исчерпывания его несущей способности (прочность, стойкость);
ІІ группа – состояния затрудняющие нормальную эксплуатацию сооружения (деформированность).
Наиболее опасным являются нарушения состояний І группы, которые ведут к полному или частичному разрушению сооружения.
Предельные состояния І группы проявляются в виде просадок фундамента, вызванных потерей устойчивости грунтоа основыания, а также в виде потери устойчивости положения фундамента и всего сооружения в результате опрокидывания, плоского или глубинного сдвига и т.д. Это катастрофические явления.
Нарушения предельного состояния ІІ группы выражаются в виде осадок фундаментов. Величина осадок значительно меньше просадок.
Просадки – это вертикальные деформации, вызванные коренным изменением структуры грунта.
Осадки – это деформации, вызванные уплотнением грунта без коренного изменения его стуктуры.
Грунтовые основания деформируются под нагрузкой от сооружения всегда. При действии на фундамент только вертикальных центрально приложенных сил, основание сжимается равномерно. Если в нагрузках есть горизонтальные силы и момент, то деформации неравномерны, возникают крены (наклоны) сооружений.
Крен сооружений небезпечен в мостовых опорах, может привести к нарушению опорных частей пролетных строений, нарушению сопряжения моста с насыпями. При больших кренах опор возможны обрушивания пролетных строений.
Основная расчетная формула по І группе предельных состояний – расчет оснований по несущей способности согласно «СниП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений» п.2.58:
где 
— расчетная нагрузка на основание (от внешних нагрузок);
Fu – сила предельного сопротивления основания;
γc – коэффициент условий работы, учитывает влияние окружающей среды, приближенность расчетов и т.п.;
γn – коэффициент надежности по назначению сооружения.
Чаще всего проверка прочности грунтов снования выражается формулой:
где R – расчетное сопротивление грунта основания;
, (4)
где Rn – нормативное сопротивление грунта ;
– коэффициент надежности по грунту, учитывающий неоднородность грунтов и их механических характеристик;
А – геометрическая характеристика подошвы фундамента (площадь, момент сопротивления).
При проверки прочности основания давление на грунт не должны превышать расчетного сопротивления грунта R. Величина R назначается как некоторая доля давления, вызывающего предельное состояние. Оно зависит не только от физико-механических свойств грунта, но и от относительного заглублення фундамента 
( h– глубина заложения фундамента, b – ширина фундамента) и схемы образования плскостей сдвигов.
Работа грунта под подошвой фундамента хорошо просматривается на песчаных основаниях (рис. 7)
І- фаза уплотнение ІІ- фаза сдвига ІІІ-стадия разрушения — просадка
Рис. 7 – График деформации песчаного грунта под нагрузкой.
Основная особенность грунтов заключается в том, что они не являются сплошными телами, а имеют поры, которые частично, или полностью заполнены водой. Сначала при действии внешней нагрузки происходит только уплотнение (сжатие) грунтов за счет уменьшення пор, то есть осадка происходит только за счет уплотнения грунта и носит линейный характер (Іфаза). С течением времени увеличение осадки прекращается, то есть осадка затухает и ее величина становится постоянной во временем. На графике (рис. 7) – это І фаза — фаза уплотнения.
На втором участке графика, где нагрузка больше, вследствие чего возникает сдвиг частиц относительно друг друга(то есть в основании, особенно в случае горизонтальных сил, появляются касательные напряжения, которые стремятся сдвинуть частицы). Зависимость между осадкой и давлением носит криволинейный характер (ІІ фаза). С течением времени осадка равномерно нарастает. Деформации грунта происходят в основном за счет сдвига частиц – поэтому ІІ фаза – фаза сдвига. В начальный период несущая способность грунта еще не исчерпанна. Но в конце сдвиг грунта получает еще большее развитие и вызывает нарастание осадки без увеличения нагрузки, в результате чего происходит разрушение грунта и выпор его из-под фундамента (ІІІ фаза). Осадка нарастает мгновенно и неограниченно.
Фаза ІІ – фаза сдвига заканчивается образованием непрерывных поверхностей скольжения под подошвой фундамента, грунт теряет прочность, становится подвижным, образуется уплотненное грунтовое ядро. Просадки носят катастрофический характер.
Как указывалось выше схема разрушения и величина R – несущая способность основания зависят и от относительной глубины заложения фундамента h/b. На рис. 8 даны схемы потери стойкости песчаного основания от h/b.
h/b≤0,5 1 – грунтовое плотнящее ядро;
2 – поверхности сдвига
Рис.8 – Схеме потери стойкости песчаного основания
В этом случае потеря стойкости происходит за счет сдвига (выпора) примыкающого к фундаменту грунта по наклонным под углом к горизонтали приблизительно 45 º — φ/2 поверхностям скольжения.
б) 1,5 3. 4 сдвиг возможен за счет уплотнения грунта, расположенного ниже подошвы фундамента. Четко выраженных поверхностей скольжения не образуются, осадки фундамента возрастают плавно. При таких глубинах заложения практически не вызываются нарушения устойчивости и первое предельное состояние, как правило, не достигается. Поэтому в расчетах R присутствуют величины h и b.
Расчетное сопротивление основания (грунтов) принимается по приложению 24 «СНиП 2.05.03-84. Мосты и трубы».
где Ro – условное сопротивление грунта;
d – глубина заложения фундамента (d=h);
b – ширина фундамента.
Общая формула расчета по ІІ группе предельных состояний по п. 2.38 «СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений»:
где S –совместная деформация основания и сооружения, определяется по указаниям норм (осадка, крен, горизонтальные перемещения, разность осадок соседних фундаментов и тому подобное), является функцией нагрузок, размеров фундамента и характеристикгрунтов;
Su – предельное значение совместной деформации основания и сооружения, устанавливается нормами для данного сооружения («СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений и СНиП2.05.03-84. Мосты и трубы»).
Расчеты прочности следует вести на наиболее неблагоприятные сочетания нагрузок с учетом соответствующих коэффициентов надежности по нагрузке, то есть на расчетные нагрузки.
Расчеты деформации ведут на нормативные нагрузки.
Тема : ФУНДАМЕНТЫ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ НА ЕСТЕСТВЕННОМ ОСНОВАНИИ.
1. Общие сведения.
2. Виды и конструкции фундаментов мелкого заложения.
1.1 Массивные жесткие фундаменты.
1.2 Ленточные фундаменты.
1.3 Отдельные фундаменты под стойки («башмаки»).
1.4 Фундаменты в виде сплошной железобетонной плиты.
2. Материалы для фундаментов.
1. Общие сведения.
Фундаменты мелкого заложения – это фундаменты, глубина заложения которых не превышает 4 — 6 м.
Фундаменты мелкого заложения возводят в котлованах, открытых с поверхности грунта на полную глубину, до подошвы фундамента.
При малых глубинах заложения подобный метод является чаще всего самым выгодным.
Отличительной особенностью фундаментов мелкого заложения является то, что при расчете их перемещений и определении напряжений в основании не учитывается сопротивление грунта по боковой поверхности фундамента, поэтому фундаменты мелкого заложения передают давление только через подошву. Такой работе фундамента соответствует его ступенчатая конструкция.
2. Виды и конструкции фундаментов мелкого заложения.
Различают следующие основные виды фундаментов мелкого заложения по их конструкции:
1) массивные жесткие фундаменты;
2) ленточные фундаменты под стены зданий или ряды колонн;
3) отдельные фундаменты под стойки и колонны сооружений («башмаки»);
4) фундаменты в виде сплошной железобетонной плиты под всем сооружением.
2.1 Массивные жесткие фундаменты.
Такие фундаменты сооружают под массивные сооружения (например, массивные мостовые опоры «быки»). Выполняют из бетона или бутобетона (80% бетона и 20% бута).
Фундаменты жесткие, невоспринимающие растягивающие усилия и потому имеют ступенчатую форму.
При расчетах жесткостью таких фундаментов пренебрегают, то есть их считают бесконечно жесткими, сами они не деформируются.
Схема массивного фундамента под мостовую опору показана на рис. 1.
Рисунок 1 – схема массивного фундамента
В жестких массивных фундаментах линия образования уступа с вертикалью должна иметь угол α, не превышающий предельного угла распределения давления в кладке от вертикальных нагрузок (αпред),
α ≤ αпред =30 º , тогда
при этом в фундаменте не возникают растягивающие усилия.
aу=0,5 – 1,0м; hу=1,0 — 2,0м;
2.2 Ленточные фундаменты.
Такие фундаменты устраивают под стенки зданий из сборных бетонных и железобетонных блоков, редко из бутовой кладки. Ленточные фундаменты под ряды колонн устраивают при стоечных опорах путепроводов, имеющих конструкцию чувствительную к неравномерным осадкам основания. Такие фундаменты устраивают также в случае малого расстояния между стойками когда выполнение отдельных фундаментов становиться не рациональным, а также при сильно сжимаемых грантах.Схема ленточного фундамента показанна на рис.2.
Рисунок 2 – Схема ленточного фундамента под стоечную опору путепровода.
Ленточные фундаменты под стойки и колонны чаще всего делают железобетонными. Под внутренние колонны фундаменты выполняют в виде перекрестных лент. Ленточные фундаменты под стены жилых, общественных и промышленных зданий делают из сборных бетонных блоков – стен и железобетонных блоков – подушек. Блоки заводского изготовления. Фундаментные блоки-подушки укладываются плотно друг к другу или с промежутками, образуют прерывистый фундамент. Применение прерывистых фундаментов возможно при прочных малосжимаемых грунтвх и приводит к уменьшению стоимости строительства и типизирует конструкцию.
Источник