Учебное пособие: Методические указания по проектированию фундаментов мостовых опор и береговых устоев
| Название: Методические указания по проектированию фундаментов мостовых опор и береговых устоев Раздел: Остальные рефераты Тип: учебное пособие Добавлен 06:02:49 19 февраля 2012 Похожие работы Просмотров: 1141 Комментариев: 6 Оценило: 0 человек Средний балл: 0 Оценка: неизвестно Скачать | ||
.
, принятому согласно [4, прилож.3].
(г/см 3 ), плотности грунта 
(г/см 3 ) и влажности 
(доли единицы) определяется коэффициент пористости грунта
или 
,
– плотность сухого грунта, г/см 3 .
, согласно [3, табл.2], устанавливается плотность сложения песчаного грунта.
,
– плотность воды, принимается равной 1,0 г/см 3 .
по [3, табл. 2] устанавливается наименование вида глинистого грунта (супесь, суглинок, глина), где 
и 
– влажности на границе текучести и раскатывания.
.
;
,
 |
Поскольку величина расчетного сопротивления зависит от ширины подошвы фундамента, то для предварительного определения размеров площади подошвы фундамента, согласно [4, п.2.42], можно пользоваться формулой
,
где 
– суммарная расчетная нагрузка по обрезу фундамента при расчете по деформациям, кН;
– расчетное сопротивление грунта основания, принятое в соответствии с требованиями, изложенными в [4, прил.3], кПа;
– средний удельный вес материала фундамента и грунта на обрезах в пределах объема ABCD обычно принимается с учетом взвешивающего действия воды равным 11-13 кН/м 3 . Если фундамент устраивается в плотных глинистых грунтах, которые относятся к водоупорам, 
принимается 20-24 кН/м 3 ;
– высота фундамента, м.
Предварительную ширину (м) прямоугольной подошвы фундамента находят из выражения
,
где 
– коэффициент отношения размеров большей стороны прямоугольной подошвы фундамента к меньшей (ширине).
Округлив размеры подошвы с учетом модульности и унификации, определяют расчетное сопротивление грунта основания по [4, формула (7)].
После определения R определяется окончательная площадь фундамента
и назначаются размеры подошвы b и l , м.
Если по расчетному сопротивлению R размеры фундамента резко отличаются от предварительно определенных размеров, то проводятся повторные расчеты последовательного приближения b пр к величине b .
По принятым размерам определяют объем фундамента (Vf ), вес (Gf ) и вес грунта на обрезах фундамента
,
где b , l и hf – принятые размеры подошвы и высоты фундамента, м;
– средний удельный вес грунта обратной засыпки, кН/м 3 .
Расчет внецентренно нагруженного фундамента ведется методом последовательного приближения. При этом размеры подошвы фундамента, расчетное сопротивление рекомендуется сначала определять как для фундамента центрально нагруженного по методике, изложенной выше, но полученное ориентировочное значение площади подошвы обычно увеличивают на 10-20% и более в зависимости от эксцентриситета внешних сил.
Давление на грунт у края подошвы фундамента, вычисленное в предположении линейного распределения давления под подошвой при нагрузках, принимаемых для расчета оснований по деформациям, не должно превышать:
· для максимального краевого давления при эксцентриситете относительно главной оси инерции подошвы фундамента 
;
· для максимального давления под углом фундамента 
.
Не допускается отрыв подошвы фундамента от грунта при основном сочетании нагрузок, что достигается соблюдением условия
.
Рекомендуется для фундаментов с большими нагрузками выполнять условие
Последние два условия могут удовлетворяться при плотных грунтах, когда исключено существенное развитие крена фундамента, а также разжижение грунтов, испытывающих попеременно нагрузку и полную разгрузку под частью подошвы фундамента.
 |
В общем случае, если момент действует относительно обеих главных осей инерции фундамента, краевые напряжения определяются по формуле
,
где 
, 
Когда момент действует относительно одной оси (
), формула имеет вид
,
где е – эксцентриситет равнодействующей относительно центра тяжести подошвы фундамента, м;
b – размер подошвы фундамента в плоскости действия момента, м.
Необходимо стремиться, чтобы от постоянных и длительно действующих временных нагрузок давление было по возможности равномерно распределено по подошве.
4.1.4. Расчет осадки фундамента
Расчет оснований по деформациям производится исходя из условия
,
где S – величина деформации основания, определяемая расчетом согласно [4, прил.2];
S u – предельное значение совместной деформации основания и сооружения, устанавливаемое в соответствии с указаниями [4, п.п.2.51-2.55].
Рекомендуется следующий порядок выполнения расчета осадки методом послойного элементарного суммирования:
· на геологический разрез строительной площадки в месте возведения сооружения наносятся контуры фундамента;
· определяется среднее давление PII под подошвой фундамента (кПа);
· вычисляется вертикальное напряжение 
от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента (кПа);
· определяется дополнительное (к напряжению от собственного веса грунта) давление (кПа) в плоскости подошвы фундамента из выражения:
;
· строится эпюра дополнительного давления 
по глубине толщи основания (ниже подошвы фундамента) с использованием указаний [4, прил.2], для чего основание ниже подошвы фундамента разбивается на элементарные слои hi из условия
,
где b – ширина подошвы фундамента;
· строится эпюра напряжений 
от собственного веса грунта по глубине толщи основания, где удельный вес грунта следует определять с учетом взвешивающего действия воды, а напряжения в водонепроницаемых слоях определяются с учетом давления вышележащего слоя воды;
Рис. 3. Схема для расчета осадок методом суммирования.
Г.М.В. – отметка горизонта меженных вод; Г.М.Р. – отметка глубины
максимального размыва; FL – отметка подошвы фундамента;
В.С. – нижняя граница сжимаемой толщи; PII – среднее давление
под подошвой фундамента; P0 – дополнительное давление на основание;
и 
– дополнительное вертикальное напряжение от внешней
нагрузки на глубине Z от подошвы фундамента и на уровне подошвы;
Hc – глубина сжимаемой толщи
· устанавливаются глубина Hc и нижняя глубина В.С. сжимаемой толщи по одному из условий
или 
Осадка основания фундамента определяется методом послойного суммирования по формуле
,
где 
– безразмерный коэффициент, равный 0,8;
n – число слоев, на которое разбита снимаемая толща основания;
– среднее значение напряжения в i -том слое грунта, равное полусумме указанных напряжений на верхней 
и нижней 
границах слоя;
и 
– соответственно толщина и модуль деформации i -го слоя грунта.
Вычисления рекомендуется производить в табличной форме.
4.1.5. Определение размеров подошвы фундамента
при наличии подстилающего слоя слабого грунта
Если в пределах сжимаемой толщи имеется слой слабого грунта (по прочностным характеристикам 
и 
), залегающий ниже рабочего, на который опирается фундамент, то необходимо выяснить возможность развития зон пластических деформаций в пределах слабого слоя грунта. Для этого находится на глубине Z от подошвы фундамента расчетное сопротивление слоя слабого грунта R z для условного фундамента, который как бы опирается на кровлю этого слоя (рис. 4).
Напряжение 
на рассматриваемой глубине Z равно сумме напряжений, передаваемых на кровлю слабого грунта от нагрузки фундамента 
и напряжения от собственного веса грунта 
, то есть:
.
 |
При этом 
; 
,
где 
– коэффициент изменения дополнительного давления по глубине основания, учитывающий форму подошвы фундамента, определяется по [4, табл.1, прил.2].
Размеры фундамента должны назначаться такими, чтобы обеспечить условие 
,
где R z – расчетное сопротивление слабого грунта условного фундамента шириною b y по [4, формула (7)] согласно обозначениям рис. 4.
Здесь 
– коэффициент условий работы, равен 
, значения 
, 
и, следовательно, 
, 
, 
принимаются для слабого грунта согласно [4, п.2.41].
.
Здесь 
– половина разности длины и ширины прямоугольного фундамента, A z – площадь подошвы условного фундамента
.
Если расчет покажет, что условие 
не удовлетворяется, то, увеличивая размеры подошвы фундамента, задачу решают методом последовательного приближения.
4.2. Расчет свайного фундамента
Применение свайных фундаментов в мостостроении становится наиболее целесообразным, если верхние слои грунтовой толщи представлены грунтами, имеющими низкую прочность и высокую сжимаемость, а плотные находятся на большой глубине (10-15 м). Их применяют также и в плотных грунтах, залегающих у поверхности, но при большой глубине воды или значительном размыве дна водотока, когда устраиваются свайные фундаменты с высокими ростверками.
При строительстве опор на местности, не покрытой водой, или при сравнительно небольшой (2-3 м) глубине воды в водотоке и достаточно плотных грунтах, слагающих дно, преимущественно применяют фундаменты с низким ростверком.
В фундаментах с низкими ростверками сваи работают в более благоприятных условиях на действие горизонтальных нагрузок, так как и сваи по всей длине, и плита ростверка окружены грунтом, который оказывает сопротивление горизонтальным силам.
4.2.1. Выбор способа производства по сооружению свайного ростверка,
назначение его размеров
Способ производства работ при устройстве свайного ростверка аналогичен способу при сооружении фундамента мелкого заложения. Дополнительно можно рекомендовать применение подводной разработки котлована под плиту ростверка и подводной забивки свай при высоком горизонте воды.
Размер ростверка в плане назначают с учетом размеров мостовой опоры (берегового устоя) в нижнем сечении с обрезами по 0,2-0,5 м.
Глубина заложения подошвы ростверка назначается в соответствии с [4, п.2.25]. При наличии в основании на глубину промерзания пучинистых грунтов глубина заложения подошвы ростверка (аналогично фундаменту на естественном основании) должна превышать расчетную глубину промерзания не менее, чем на 0,25 м.
В русле реки подошва плиты ростверка может быть заложена на любом уровне (в том числе выше дна русла реки) при отсутствии промерзания воды до дна, но не менее чем на L +0,25 м ниже уровня низкого ледостава (L – толщина льда, м). При наличии ледохода, карчехода или истирающих кладку наносах так, чтобы сваи не могли подвергаться их действию.
При возможности размыва грунтов в русле реки требуется заглубление подошвы ростверка, имеющего только вертикальные сваи и воспринимающего горизонтальные нагрузки, ниже линии размыва.
Верхний обрез плиты свайного ростверка назначается обычно на отметке не менее чем на 0,5 м ниже наинизшего горизонта воды в русле реки.
Толщина ростверка назначается с учетом необходимой высоты заделки свай.
Для случая передачи на сваи нормальных сжимающих нагрузок, не выходящих за пределы ядра сечения свай, заделка головы сваи в ростверк h з должна быть не менее большей стороны или диаметра сваи.
В случае наличия в узле сопряжения растягивающих усилий верхние концы свай должны быть заделаны в плиту ростверка (выше слоя бетона, уложенного подводным способом) на величину, определяемую расчетом, но не менее чем на две толщины ствола сваи. Допускается также для фундамента при таких нагрузках заделка ствола сваи в плиту ростверка на длину не менее 0,15 м при условии заделки в ростверк выпусков стержней продольной арматуры на длину, определяемую расчетом, но не менее 25 диаметров стержня продольной арматуры.
Плита ростверка может выполняться из бетона, бутобетона или железобетона.
4.2.2. Выбор типа, длины и сечения сваи
Материал и предварительные размеры свай назначаются исходя из гидрогеологических и геологических условий.
Забивные деревянные сваи допускается применять при условии заложения голов свай ниже наинизшего уровня грунтовых вод не менее, чем на 0,3-0,5 м.
Забивные железобетонные сваи и сваи-оболочки можно применять в любых грунтах, позволяющих производить забивку и вибропогружение. Квадратные сваи с круглой полостью и открытым нижним концом можно применять при опирании нижних концов на глинистые грунты полутвердой и твердой консистенции и на плотные пески.
Буронабивные сваи можно применять во всех грунтах за исключением глинистых текучей консистенции, торфов, илов.
При выборе предварительной длины сваи (размер от головы до начала заострения) необходимо учитывать геологические условия строительной площадки, обращая особое внимание на плотность песчаных грунтов, консистенцию глинистых, прочность малосжимаемых и скальных грунтов.
Выбор несущего слоя грунта под нижними концами свай и необходимое заглубление свай в эти грунты должно производиться на основании анализа всех инженерно-геологических данных.
Допускается опирание свай на скальные грунты без заглубления в них при наличии по верху скальных грунтов неразмываемых наносных отложений такой толщины слоя, в пределах которого погашается действие изгибающих моментов.
При недостаточной несущей способности верхнего слоя скальных грунтов, или недостаточной толщине наносных отложений для погашения воздействия изгибающих моментов, необходимо сваи заделывать в скальные грунты на величину, определяемую расчетом.
В малосжимаемые грунты (крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем средней плотности и плотные), а также глины твердые с модулем деформации E ≥50 мПа следует заглублять не менее, чем на 0,5 м.
В несущий слой, представляющий рыхлые грунты, погружение нижнего конца сваи должно назначаться в зависимости от плотности прорезаемых сваей грунтов на глубину не менее 1,0 м.
Минимальная длина сваи принимается с учетом заделки ее в ростверк не менее 4,0 м.
Выбор сечения свай должен производиться с учетом выбранной длины, характеристик прорезаемых грунтов, грунтов, залегающих ниже концов свай, и передаваемых на них нагрузок.
Связь сечения с длиной забивной свай определяется типовыми конструкциями свай. Для ряда длин свай предусмотрено несколько сечений.
4.2.3. Определение несущей способности свай
Несущая способность сваи рассчитывается по прочности материала ствола сваи и прочности грунта. В дальнейшем принимается наименьшая.
Несущая способность сваи по материалу определяется как соответствующего стержня (из железобетона, дерева и др.). Расчет висячих свай по материалу, как правило, не требуется, так как несущая способность по материалу больше, чем по грунту.
Несущая способность свай-стоек
Несущую способность F d (кН) железобетонной забивной сваи, сваи-оболочки, набивной и буровой сваи, опирающихся на скальный грунт, следует определять по формуле
,
где 
– коэффициент условий работы ( 
при размере поперечного сечения свай d ≤ 0,2 м, 
при d ≥0,2 м);
– коэффициент, учитывающий гибкость сваи ( для свай, полностью находящихся в грунте, 
);
R b – расчетное сопротивление бетона при осевом сжатии, кПа;
R s – расчетное сопротивление арматуры сжатию, кПа;
A – площадь поперечного сечения сваи, м 2 ;
A s – площадь поперечного сечения продольных стержней арматуры, м 2 ;
Несущая способность 
(кН) деревянных свай
,
где – коэффициент условий работы, 
;
А – минимальная площадь поперечного сечения сваи, м 2 ;
R c – расчетное сопротивление древесины сжатию, кПа.
Несущую способность сваи-стойки по грунту, опирающейся на крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем, а также глины твердой консистенции следует определять по [5, формула (5)]
,
где 
–коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый 
;
R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи-стойки, для забивных свай R = 20000 кПа;
А – площадь опирания на грунт сваи, м 2 .
Расчетную нагрузку на сваю N (кН), передаваемую на сваю (допустимую нагрузку на сваю), следует рассчитывать исходя из условия [5, формула (2)]
,
где 
– коэффициент надежности, 
, если несущая способность сваи определена материалом;
, если несущая способность определена по грунту.
Несущая способность висячей сваи
Несущую способность F d (кН) висячей сваи, прорезающую n слоев грунта, следует определять как сумму сил расчетных сопротивлений грунтов основания под нижним концом сваи и на ее боковой поверхности по [5, формула (8)]
.
Несущую способность пирамидальной, трапециидальной и ромбовидной свай, прорезающих песчаные и пылевато-глинистые грунты, F d (кН), с наклоном боковых граней 
следует определять по [5, формула (9)]
.
При этом пласты грунтов расчленяются на слои толщиной не более 2,0 м.
Допустимая нагрузка на сваю (кН) определяется по условию [5, формула (2)]
,
где – принимается равным 1,4.
4.2.4. Определение требуемого количества свай
и размещение их в ростверке
Требуемое количество свай предварительно определяют из условия восприятия расчетных вертикальных нагрузок, действующих на свайный фундамент в плоскости подошвы плиты ростверка (с учетом его веса) по формуле
где μ – коэффициент, учитывающий неравномерность нагрузки на сваи в ростверке при действии момента и принимается в зависимости от эксцентриситета «е» равнодействующей относительно оси, проходящей через ростверк, равным от 1,0-1,3;
– коэффициент надежности, принимаемый по [5, п. 3.10.];
– суммарная расчетная нагрузка по обрезу ростверка, кН;
F d – несущая способность сваи, кН;
– ориентировочный вес ростверка и грунта определяется по минимальной площади подошвы плиты ростверка аналогично тому, как это выполняется при проектировании фундаментов на естественном основании
.
Величина обреза С , как и для случая сооружения фундамента в открытом котловане, принимается 
м.
,
где 
– коэффициент надежности по нагрузке, принимается равным 1.1;
γ mtn – средний нормативный удельный вес материала ростверка и грунта на обрезах. Принимается равным 12-14 кН/м 3 при условии взвешивающего действия воды и 20 – 24 кН/м 3 при отсутствии гидростатического взвешивания.
Полученное количество округляется до целого числа свай в ростверке, удобного для размещения и забивки.
При необходимости изменяют количество свай, принимая их других размеров. В этом случае, соответственно, уменьшается или увеличивается несущая способность сваи.
Конструирование ростверка начинается с разбивки (размещения) свай. Расстояние между осями висячих свай в плоскости их нижних концов должно быть не менее 3d (где d – диаметр круглого или сторона квадратного поперечного сечения ствола сваи), а свай-стоек – не менее 1,5d .
Для облегчения производства работ желательно сваи размещать в плане ростверка правильными рядами, если ширина плиты ростверка позволяет устраивать расстояние между осями свай а ≥ 3d . При меньшей величине «а » обязательно шахматное расположение (рис. 5). Расстояние от края ростверка до оси крайнего ряда свай ак зависит от точности погружения свай в грунт или их изготовления. Для забивных свай это расстояние чаще всего принимается равным размеру поперечного сечения сваи. При жестком сопряжении свайного ростверка со сваями расстояние от края ростверка (плиты) до ближайшей сваи (т.е. свес плиты) принимается не менее 0,25 м.
4.2.5. Проверка усилий в сваях ростверка
После размещения свай и конструирования ростверка находят фактический вес ростверка и грунта G pgI (кН). Расчетную нагрузку на сваю N (кН) определяют, рассматривая фундамент как рамную конструкцию, воспринимающую вертикальные и горизонтальные нагрузки и изгибающие моменты.
Для центрально нагруженных свайных ростверков, у которых равнодействующая нагрузок проходит через центр тяжести площади поперечного сечения свай в плоскости верхних концов (низ ростверка), проверяется условие
,
где N d – расчетная сжимающая сила 
, кН;
n – число свай в ростверке;
– коэффициент надежности.
При проектировании внецентренно нагруженных свайных фундаментов необходимо стремиться к тому, чтобы равнодействующая постоянных сил проходила возможно ближе к центру тяжести подошвы ростверка при возможно более равномерном расположении свай.
При равномерном расположении свай в ростверке расчет производится так же, как центрально нагруженного, но количество свай принимается больше, чем это требуется при расчете на центральную нагрузку. Расчетную нагрузку на сваю определяют по [5, формула (3)], кН.
,
где Μ xi , Μ y i – расчетные изгибающие моменты относительно главных центральных осей X и Y плана свай в плоскости подошвы ростверка;
x i и y i – расстояние от крайних осей до оси каждой сваи, для которой вычисляется расчетная нагрузка, м.
При расчете свай всех видов как на вдавливающие, так и на выдергивающие нагрузки продольное усилие, возникающее в свае от расчетной нагрузки N (кН), следует определять с учетом собственного веса сваи, принимаемого с коэффициентом надежности по нагрузке, увеличивающим расчетное усилие.
Если сваи фундамента опоры моста в направлении действия внешних сил нагрузок образуют один или несколько рядов, то при учете нагрузок от торможения, давления ветра, льда и навала судов, воспринимаемых наиболее нагруженной сваей, расчетную нагрузку допускается повышать на 10 % при четырех сваях в ряду и на 20 % при восьми сваях и более.
4.2.6. Расчет осадки свайного фундамента
Осадка фундамента из свай-стоек обуславливается в основном упругими деформациями ствола сваи и упругими деформациями подстилающего слоя опорного пласта грунта. Расчет таких фундаментов на осадку, как правило, не производится.
Расчет свайного фундамента из висячих свай по второму предельному состоянию (по деформациям) производится так же, как для условного фундамента на естественном основании в соответствии с требованиями [4, п.2.39], исходя из условия
,
где S – совместная деформация свай, свайного фундамента и сооружения, определяемая расчетом по указаниям [5, п.п. 3.3; 3.4; раздел 6];
Su – предельное значение совместной деформации основания и сооружения, устанавливаемое в соответствии с указаниями [4, п.п.2.51; 2.52].
Рис. 6. Схема к расчету осадок свайного фундамента
Границы условного фундамента (рис. 6) определяются следующим образом: снизу – плоскостью BC, проходящей через нижние концы свай; с боков — вертикальными плоскостями AB и DC, отстоящими от наружных граней крайних рядов вертикальных свай на расстоянии
;
сверху – поверхностью уровня наинизшего горизонта воды AD, или поверхностью планировки;
– усредненное расчетное значение угла внутреннего трения грунта, определенного по формуле
,
где 
– расчетные значения углов внутреннего трения для отдельных, пройденных сваями слоев грунта толщиной 
, м;
h – глубина погружения сваи в грунт, м.
Еcли обозначить стороны условного массива грунта со сваями ℓ y и b y , то площадь условного фундамента
.
В собственный вес условного фундамента при определении его осадки включается вес свай и ростверка, а также вес грунта в объеме условного фундамента на глубину H y .
Среднее давление по подошве условного фундамента определяется
,
где 
– расчетная вертикальная нагрузка по обрезу фундамента;
– вес свай, ростверка и грунта в объеме условного фундамента ABCD.
Значение P ІІ не должно превышать расчетного сопротивления грунта, определяемого по [4, формула (7)], или с учетом обозначений на рис.6.
,
где by и dy – соответственно ширина и глубина заложения массива ABCD.
Дополнительное давление под подошвой условного фундамента
.
Последовательность расчета осадки куста свай аналогична последовательности расчета осадки фундамента мелкого заложения.
При расчете методом послойного суммирования:
· строится эпюра напряжений в грунте от собственного веса 
, кПа;
· определяется фактическое давление на грунт по подошве условного фундамента 
, кПа;
· находится уплотняющее (дополнительное) давление на этой глубине
, кПа;
· строится эпюра уплотняющих давлений и определяется глубина сжимаемой толщи H c , м, где выполняется условие
;
· сжимаемая толща делится на элементарные слои и вычисляется осадка фундамента по [4, прил. 2, формула (1)].
Укрупненные единичные расценки на земляные работы, устройство
фундаментов и искусственных оснований (значения относительные)
Наименование работ и конструкций
Стоимость за 1единицу измерения, руб./коп
1. Разработка грунта под фундаменты глубиной до 3,0 м:
Источник