Расчет фундамента

6(P1 - P2)c1 + T1(H + h1 + h2 + df) = 6(1700 кН - 1550 кН)0,5 м + 270 кН(14,5 + 0,6 + 0,4 + 4,0) м = (450 + 5265) кН = 5715 кНм.

Mo,I = fMo,II = 1,25715 кНм = 6858 кНм.

Изгибающий момент относительно плоскости подошвы фундамента мелкого заложения, действующий поперек моста.

Mo,II = T2(H + h1 + h2 + h3 + df) + T3df = 230 кН(14,5 + 0,6 + 0,4 + 3,2 + 4,0) м = 9021 кНм; Mo,I = fMo,II = 1,29021 кНм = 10825,2 кНм.

Остальные нагрузки не изменяются и собраны ранее.

Производим расчет внецентренно-нагруженного фундамента с учетом действия моментов, направленных вдоль и поперек моста.

y

bп =3,0 м x

lп =4,0 м

Рис. 3. Размеры подошвы фундамента мелкого заложения

Wx = bп2lп/6 = 50,203 м3, Wy = bпlп2/6 = 190,058 м3.

Согласно формуле

p = (No,I + Nф,I + Nгр,I)/Aф  Mx/Wx  My/Wy  cR/n,

где c = 1,2; R = 700,22 кПа; n =1,4; запишем:

p = (No,I + Nф,I + Nгр,I)/Aф  Mx/Wx  My/Wy = (37103,28 кН + 8580,73 кН + 2819,4 кН)/16,2 м6,7 м  6858 кНм/121,203 м3  10825,2 кНм/293,058 м3 = 446,9 кПа  56,58 кПа  36,94 кПа

pmax = 540,42 кПа, pmin = 353,38 кПа, pcр = 446,9 кПа.

pmax = 540,42 кПа < cR/n = 1,2671,07 кПа/1,4 = 575,20 кПа, pmin = 353,38 кПа>0, pcр = 446,9 кПа < 479,3 кПа, pmin/pmax = 0,6539 > 0,25 - условия выполняются.

Производим проверку фундамента мелкого заложения на сдвиг по подошве по формуле:

Qr  (m/n)Qz,

а) в стадии эксплуатации:

Qr = f(T2 + T3) = 1,2(950 кН + 230 кН) = 1416 кН, m = 0,9, n = 1,1.

Qz = (No,I + Nф,I + Nгр,I) = 0,4(37103,28 кН +

8580,73 кН + 2819,4 кН) = 19401,4 кН.

1416 кН < (0,9/1,1) 19401,4 кН = 15873,8 кН - условие выполняется.

б) в стадии строительства

Qr = fT3 = 1,2950 кН = 1140 кН, m = 0,9, n = 1.

Qz = (Nоп,I + Nф,I + Nгр,I) = 0,4(13703,3 кН +

8580,73 кН + 2819,4 кН) = 10041,4 кН.

1140 кН < 0,910041,4 кН = 9037,3 кН - условие выполняется.

Произведем расчет фундамента мелкого заложения на опрокидывание относительно оси x, так как относительно нее фундамент имеет меньший размер подошвы bп = 6,7 м. Расчет производим по формуле:

Mu  (m/n)Mz, Mz = (No,I + Nф,I + Nгр,I)bп/2 = 48503,41 кН6,7 м/2 = 162486,4 кНм; Mu = Mx = 6858 кНм, m = 0,8, n =1,1; 6858 кНм < (0,8/1,1)162486,4 кНм = 118171,9 кНм - условие выполняется.

Проверим положение равнодействующей активных сил.

- вдоль моста:

eo = Mx/N = 6858 кНм/48503,41 кН = 0,1414 м,

r = Wx/A = 121,203 м3/(16,2 м6,7 м) = 1,117 м,

eo/r =0,1414 м/1,117 м = 0,1266 < 1 - условие выполняется.

- поперек моста:

eo = My/N = 10825,2 кНм/48503,41 кН = 0,2232 м,

r = Wy/A = 293,058 м3/(16,2 м6,7 м) = 2,7 м,

eo/r =0,2232 м/2,7 м = 0,0827 < 1 - условие выполняется,

где N = No,I + Nф,I + Nгр,I.

4.2. Расчет фундамента мелкого заложения по второй группе предельных состояний (по деформациям) и проверка несущей способностиподстилающего слоя грунта

Нижняя граница сжимаемой толщи основания принимается равной на глубине z = Hc, где выполняется условие: zp,i  0,1zg,i (для большей точности вычислений, хотя при E  5 МПа достаточно выполнения условия zp,i  0,1zg,i).

Так как под песком средней крупности залегает суглинок с меньшим модулем деформации E, чем у песка, то необходимо произвести проверку несущей способности подстилающего слоя.

Проверку несущей способности подстилающего слоя грунта производим по формуле:

(d + zi) + (P - df) = 17,248 кН/м3(4 м + 2,5 м) + 0,5218(372,4 кПа - 69 кПа) = 270,43 кПа < 456,7 кПа/1,4 = 326,2 кПа - условие выполняется.

При вычислении расчетного сопротивления грунта R принимается b = 6 м.

Расчет осадки фундамента мелкого заложения выполняется по формуле:

n

S = (zp,ihi)/Ei,

i=1

где  - безразмерный коэффициент, равный 0,8; zp = Po; zg,o = df = 17,248 кН/м34,0 м = 69 кПа; Po = P - zg,o = 372,4 кПа - 69 кПа = 303,4 кПа; P = 372,4 кПа - среднее давление по подошве фундамента, определенное от действия нормативных нагрузок.

Результаты расчета сведены в табл. 4.

Таблица 4

Расчет осадки фундамента мелкого заложения

zi  = 2zi/bп i zg,i

кПа zg,i,ср

кПа zp,i,

кПа zp,i,ср кПа hi,

м Ei

МПа zp,i,срhi/Ei,

м

0 0,000 1,000 49,0 283,4

70,55 246,7 0,5 26,4 27,1510-3

2,5 0,746 0,8896 92,1 229,9

110,9 220,2 0,5 15,63 30,7410-3

4,5 1,343 0,6939 129,7 190,5

148,5 164,4 0,5 15,63 23,6010-3

6,5 1,940 0,5217 167,3 138,3

181,2 123,2 0,5 20,75 10,3510-3

8,0 2,388 0,4223 195,1 108,1

206,4 90,2 0,5 20,75 13,2810-3

10,5 3,134 0,3039 217,6 72,2

228,8 60,3 0,5 20,75 9,6810-3

13,0 3,881 0,2256 240,1 48,4

251,3 40,3 0,5 20,75 7,2710-3

15,5 4,627 0,1722 262,5 32,2

273,7 26,5 0,5 20,75 5,6010-3

18,0 5,373 0,1344 284,9 20,8

296,2 16,7 0,5 20,75 4,4210-3

20,5 6,119 0,1074 307,4 12,6

318,6 9,6 0,5 20,75 3,5710-3

23,0 6,866 0,0872 329,8 6,5

 105,6610-3 м

Итак, осадка фундамента S = 0,8105,6610-3 м = 8,8510-2 м = 8,85 см, что меньше предельно допустимой осадки Smax = 12 см.

Рис. 4. Эпюра осадки фундамента мелкого заложения.

5. Расчет фундамента из забивных свай трения

по предельным состояниям

5.1. Расчет и конструирование фундамента из забивных свай трения по первой группе предельных состояний

Необходимо запроектировать свайный фундамент из висячих забивных свай. Все ранее собранные нагрузки остаются без изменения. Назначаем глубину заложения подошвы ростверка свайного фундамента dр = 2,1 м, высоту ростверка hр = 1,5 м. Свая железобетонная размерами 4040 см, длиной lсв=18 м. Для фундаментов опор мостов сваю заделывают в ростверк не менее, чем на две стороны сваи, т.е. в данном случае на 0,8 м. Допускается также заделывать сваю в ростверк с помощью выпусков арматуры, длиной, определяемой расчетом, но не менее 30 продольной арматуры периодического профиля (диаметр арматуры 18 - 24 мм) плюс тело сваи должно быть заделано в ростверк не менее чем на 10 см. Высота ростверка, считая от верхних концов свай или арматурных выпусков, должна быть не менее 0,5 м для расположения не менее двух арматурных сеток, расположенных над головами свай. Тогда конструктивная высота ростверка по первому варианту hр,min = 20,4 м + 0,5 м = 1,3 м, - по второму варианту hр,min = 30 м + 0,1 м + 0,5 м = 300,02 м + 0,1м + 0,5 м = 1,2 м. Назначенная толщина ростверка hр = 1,5 м достаточна по конструктивным соображениям. Вычерчиваем геологический разрез, наносим сваю с частью ростверка и необходимыми привязками (рис. 5).

Несущую способность сваи определяем по формуле:

Fd = c(cRRA + ucffihi),

где c = 1; R = 5054,43 кПа - определяем по интерполяции согласно [16, табл.1]; A = b2 = (0,4 м)2 = 0,16 м2; u = 40,4 м = 1,6 м; fi - расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа, принимаемое согласно [16, табл. 2], рассчитанное по интерполяции и приведенное в табл.5; hi - толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м, приведено в табл. 5 и на рис.12; cR= 1, cf = 1.

Песок hр =1,3 м dр =1,5 м

мелкий h1 = 0,5 м

- 2.000 h2 = 0,5 м

h3 = 0,5 м

Грунтовая вода -4.000 h4 = 0,5 м

Суглинок h5 = 0,5 м

--4.000 h6 = 0,5 м

h7 = 0,5 м

Песок средней крупности h8 = 0,5 м

-3.000 h9 = 0,5 м

h10 = 0,5 м