Расчеты фундаментов

Расчеты оснований и фундаментов вспомогательных сооружений и устройств производят по предельным состояниям I и II.

· По первому предельному состоянию следует рассчитывать как фундаменты мелкого заложения, так и свайные. Расчеты выполняют:

а) на прочность и устойчивость формы конструкции фундамента (по материалу) согласно подразд. 3.3–3.5;

б) на прочность (устойчивость) грунтовых оснований фундаментов мелкого заложения, а также несущую способность по грунту свайных фундаментов согласно настоящему разделу;

в) на устойчивость положения фундаментов (против опрокидывания и скольжения) согласно подразд. 3.2.

На действие сил пучения фундаменты вспомогательных сооружений еа рассчитываются.

· По второму предельному состоянию следует рассчитывать массивные, ряжевые и лежневые фундаменты, проверяя положение равнодействующей нормальных нагрузок в уровне подошвы этих фундаментов.

В расчетах оснований и фундаментов горизонтальные нагрузки необходимо учитывать действующими либо вдоль, либо поперек оси моста.

· Расчеты прочности оснований фундаментов мелкого заложения (массивных, ряжевых, лежневого типа) следует производить по формуле

s = Расчеты фундаментов - №1 - открытая онлайн библиотека (1,3R при дополнительном сочетании нагрузок), (9.6)

где s– наибольшее напряжение в грунте; N – осевая сжимающая сила от расчетных нагрузок в уровне подошвы фундамента;M – момент в уровне подошвы фундамента относительно его центра тяжести от расчетных нагрузок; F и W – площадь и момент сопротивления подошвы фундамента; R – расчетное сопротивление осевому сжатию грунта в уровне подошвы фундамента.

Если Расчеты фундаментов - №2 - открытая онлайн библиотека (где W – момент сопротивления подошвы фундамента, относящийся к наименее нагруженному ребру), то наибольшее напряжение в грунте под фундаментом допускается определять исходя из треугольной формы эпюры сжимающих напряжений, построенной в пределах части подошвы таким образом, чтобы объем этой эпюры равнялся величине равнодействующей расчетных нагрузок, воспринимаемых фундаментом, а сама равнодействующая проходила через центр тяжести эпюры.

Тогда

s = Расчеты фундаментов - №3 - открытая онлайн библиотека . (9.7)

где a – длина подошвы фундамента; b – ширина подошвы фундамента (в направлении, перпендикулярном плоскости действия момента M).

Примечания. 1. Если ниже несущего пласта залегает слой более слабого грунта, то необходимо проверить прочность этого слоя с учетом распределения давления под углом 10° к вертикали в несущем пласте из песчаных грунтов и 5° – из глинистых грунтов. И с учетом веса указанного слоя грунта.

2. Объемный вес загруженного камнем ряжа принимают равным 1,9 тс/м3. При проверке устойчивости объемный вес части ряжа, погруженного в воду, принимают равным 1,2 тс/м3.

3. Расчетные значения площади F и момента сопротивления W подошвы ряжевого фундамента принимают равным 0,7 от величин, вычисленных по габаритным размерам их внешнего контура.

· Устойчивость против скольжения проверяется с учетом взвешивающего действия воды при наивысшем рабочем уровне, при следующих значениях коэффициентов трения подошвы фундамента по грунту:

Для глин и скальных грунтов с омыливающейся поверхностью

(глинистые сланцы, глинистые известняки и т.п.) при затоплении водой.............. 0,10

Для тех же грунтов во влажном состоянии.................................................................... 0,25

Для тех же грунтов в сухом состоянии........................................................................... 0,30

Для суглинков и супесей.................................................................................................... 0,30

Для гравелистых и галечниковых грунтов..................................................................... 0,50

Для скальных пород с неомыливающейся поверхностью......................................... 0,60

· Для оснований фундаментов мелкого заложения, рассчитываемых без учета заделки в грунте, положение равнодействующей активных сил по эксцентриситету e0/r ограничивается следующими пределами:

1) на нескальных грунтах при отсутствии бокового давления грунта:

а) при учете только постоянных нагрузок – 0,2;

б) при учете постоянных и временных нагрузок – 1,0;

2) на нескальных грунтах при наличии бокового давления грунта:

а) при учете только постоянных нагрузок – 0,5;

б) при учете постоянных и временных нагрузок – 0,6;

3) на скальных породах (постоянные и временные нагрузки – 1,2, где е0 = Расчеты фундаментов - №4 - открытая онлайн библиотека – эксцентриситет приложения вертикальной равнодействующей N относительно центра тяжести подошвы фундамента; M – момент действующих сил относительно главной центральной оси подошвы фундамента; r = Расчеты фундаментов - №5 - открытая онлайн библиотека – радиус ядра сечения по подошве фундамента, причем момент сопротивления W относится к менее нагруженной грани.

· Фундаменты вспомогательных сооружений не рекомендуется располагать:

- на крутых склонах;

- при наличии под несущим слоем немерзлого слабого или мерзлого оттаивающего в процессе эксплуатации вспомогательного сооружения глинистого грунта;

- при наличии прослоек водонасыщенного грунта, подстилаемого глиной.

В противном случае фундаменты рассчитывают на устойчивость против глубокого сдвига по круглоцилиндрической поверхности скольжения, а на крутых склонах – на возможное возникновение оползневого сдвига.

· Свайные фундаменты в общем случае следует рассчитывать как пространственные конструкции по общепринятой методике [10].

За расчетную поверхность принимают уровень грунта после срезки или местного размыва при рабочем уровне воды (10 % повторяемости).

· Расчет куста свай допускается производить по плоским расчетным схемам (рамам). При этом закрепление свай с плитой фундамента, распределительной балкой или насадкой следует считать шарнирным. Допускается считать верхний конец свай жестко защемленным, если специальными конструктивными решениями (железобетонная плита и т.п.) возможность их взаимного поворота полностью исключается.

· Гибкость свай допускается учитывать в предположении, что сваи в нижней части имеют жесткое закрепление (против поперечных смещений и поворота), расположенное на глубине hм от расчетной поверхности грунта. Исключение составляют фундаменты со сваями, погруженными в грунт на глубину менее 3 м и опертыми на скальную породу, а также сваи с уширенной пятой, закрепление которых считается шарнирным.

Расположение жесткой заделки hм определяется по формулам:

а) при h ≤2 η d hм = 2 η d – 0,5 h;

б) при h >2 η d hм = η d,

где h – глубина погружения сваи, считая от расчетной поверхности грунта; d – толщина сваи (сторона квадратного сечения или диаметр круглого); η – коэффициент, принимаемый по табл. 9.11 в зависимости материала сваи и вида верхнего слоя грунта (считая от расчетной поверхности).

Таблица 9.11

Коэффициент η

Вид грунта Коэффициент η для свай
деревянных железобетонных и стальных
Пески и супеси средней плотности, суглинки и глины тугопластичные ………………………….. Пески и супеси рыхлые, суглинки и глины мягкопластичные ……………………………………. Илы, суглинки и глины текучепластичные ….. 4,5   5,0 6,0   6,0   7,0 8,0

В тех случаях, когда сваи заделаны в грунт, который сохраняется в мерзлом состоянии в течение всего периода эксплуатации временного сооружения, величину hм следует определять по формуле hм = η d независимо от глубины h.

· Если в фундаменте только вертикальные сваи и в расчете они рассматриваются как шарнирно прикрепленные к плите ростверка и жестко заделанные в грунте по вышеуказанным условиям, то продольное усилие N и наибольший (по длине сваи) изгибающий момент M1 в поперечном сечении допускается определять по формулам

N = Расчеты фундаментов - №6 - открытая онлайн библиотека , (9.8)

M1 = Расчеты фундаментов - №7 - открытая онлайн библиотека , (9.9)

где Pz, Hx, Mо – вертикальная и горизонтальная составляющие внешней нагрузки на фундамент и её момент относительно точки О, расположенной в уровне низа конструкции, объединяющей головы свай, на вертикали, проходящей через цент тяжести поперечных сечений всех свай (рис. 9.1); nоб – общее число свай в фундаменте; x – координата головы сваи, для которой определяется продольная сила N; хi – координата головы сваи каждого (i-го) ряда, перпендикулярного плоскости действия внешней нагрузки; ki – число свай в каждом (i-ом) ряду; l0 – длина участка сваи над расчетной поверхностью грунта; d – толщина ствола сваи; η1 – коэффициент, принимаемый равным 0,5, за исключением районов распространения вечномерзлых грунтов, для которых следует принимать η1 = 1,0;
η – коэффициент, принимаемый по табл. 9.11.

Расчеты фундаментов - №8 - открытая онлайн библиотека

Рис. 9.1. Расчетная схема фундамента из вертикальных свай

Несущая способность грунтового основания фундаментов из свай проверяют по формуле

Nmax ≤ mm1P, (9.10)

где Nmax – наибольшее продольное усилие в свае; Р – расчетная несущая способность одиночной сваи при сжатии; m и m1 – коэффициенты условий работы.

В случае, когда свайный фундамент имеет монолитную плиту, лежащую на грунте или заглубленную в любой грунт, кроме илов, текучих или текучепластичных глин и суглинков, следует принимать m = 1,1; в остальных случаях m = 1.

Если Nmin + G <0,должно быть проверено условие [Nmin + G] ≤ P0, где Nmin – наименьшее продольное усилие в верхнем сечении сваи (при растяжении отрицательно); G – собственный вес сваи; P0 – расчетная несущая способность одиночной сваи при растяжении.

Если по расчету получаются растягивающие усилия в сваях, а конструкция сопряжения свай с плитой ростверка не может обеспечить передачу таких усилий, изменяют конструктивную схему фундамента, исключая из неё растянутые сваи, и расчет повторяют.

Если по результатам расчета получается значительное количество свай в опоре, которые конструктивно трудно объединить плитой ростверка, а также в других обоснованных случаях, следует предусматривать сваи повышенной несущей способности в виде столбов из прокатных стальных труб диаметром 1020, 1420 мм.

Список литературы

1. ВСН 136-78 Инструкция по проектированию вспомогательных сооружений и устройств для строительства мостов. – Введ. 1978. – М.: Оргтрансстрой, 1978. – 300 с.

2. СНиП 2.05.03-84*. Мосты и трубы / Минстрой России. – Введ. 1984. – М.: ГП ЦПП, 1996. – 214 с.

3. СНиП 3.06.04-91. Мосты и трубы / Госстрой СССР. – Введ. 1991.
– М.: АПП ЦИТП, 1992. – 168 с.

4. Бобриков, Б.В. Строительство мостов: Учеб. для вузов / Б.В. Бобриков, И.М. Русаков, А.А. Царьков. Под ред. Бобрикова Ю.В. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Транспорт, 1887. – 304 с.

5. Глотов, Н.М. Основания и фундаменты мостов: Справочник / Н.М. Глотов, Г.П. Соловьев, И.С. Файнштейн; Под ред. К.С. Силина. – М.: Транспорт, 1990. – 240 с.

6. Колоколов, Н.М. Строительство мостов: Учеб. / Н.М. Колоколов, Б.М. Вейнблат. – М.: Транспорт, 1984. – 504 с.

7. Строительство мостов и труб: Справочник инженера / Под ред. В.С. Кирилова. – М.: Транспорт, 1975. – 600 с.

8. Рязанов, Ю.С. Охрана окружающей среды при строительстве мостов: Учеб. пособие / Ю.С. Рязанов. – Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2003. – 84 с.

9. Рязанов, Ю.С. Проектирование столбчатых опор мостов: Учеб..
пособие / Ю.С. Рязанов. – Хабаровск: ДВГУПС, 1997. – 95 с.

10. Бахарев, И.И. Проектирование фундаментов глубокого заложения: Учеб. пособие / И.И. Бахарев, Ю.С. Рязанов. – Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2000. – 107 с.

11. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия / Госстрой России.
– М.: ГУПЦПП, 2003. – 44 с.