Проектирование массивных фундаментов мелкого заложения

ПРОЕКТИРОВАНИЕ МАССИВНЫХ ФУНДАМЕНТОВ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ

Общие сведения

Фундаменты мелкого заложения сооружают в котлованах, отрываемых с поверхности на проектную глубину. Этот способ сооружения фундаментов целесообразен при глубине заложения d до 5…6 м (рис.2.1).

Рис.2.1. Фундаменты мелкого заложения:

а – с развитием подошвы; б – без развития

Под опоры моста фундаменты мелкого заложения устраивают обычно жесткими, массивного типа. Размеры такого фундамента в плоскости обреза назначаются больше размеров надфундаментной части опоры на величину = 0,2 … 1,0 в каждую сторону. Для передачи грунтам основания ограниченного давления, подошву фундаментов, как правило, увеличивают по сравнению с размерами фундаментов по обрезу.

Развитие сечений фундамента по глубине (от обреза к подошве) оформляют уступами с вертикальными гранями, расположенными под углом развития (см. рис.2.1, а). Развитие фундаментов может быть симметричным и несимметричным. Несимметричные фундаменты обычно устраивают под устои мостов. Фундаменты промежуточных мостовых опор проектируют, как правило, симметричными, при этом угол развития d не должен превышать 30^° [6,7]. Материалом жестких фундаментов мелкого заложения служить бетон класса не ниже В20.

Проектирование фундаментов мелкого заложения (раздел 2 пояснительной записки) выполняется в изложенном далее порядке.

Назначение основных размеров фундамента и его конструирование

Выбор глубины заложения фундамента

Глубина заложения фундамента зависит от глубины залегания несущего слоя грунта в основании, который должен являться надежным с точки зрения безопасного восприятия им внешних нагрузок.

Если несущий слой залегает первым от поверхности, то заглубление в него фундамента определяют с учетом промерзания грунта или размыва его. В пучинистых грунтах подошву фундамента назначают на отметке ниже расчетной глубины промерзания, а при наличии размыва дна реки - не менее 2,5 м ниже отметки местного размыва. При отсутствии размыва а непучинистых грунтах глубина заложения подошвы назначается не менее 1,0 м от дневной поверхности.

Если несущий слой перекрыт другим грунтом, то подошва фундамента заглубляется ниже кровли несущего слоя не менее чем на 0,5 м (см. рис.2.1, б).

С целью рационального проектирования глубину заложения подошвы фундамента стремятся назначить минимально возможной. Однако из этого не следует, что назначенная с учетом высказанных замечаний глубина заложения фундамента является окончательной. Ее положение в последующем корректируется на основании расчетов и правил конструирования фундамента.

Предварительное определение основных размеров фундамента

К основным размерам фундамента относятся размеры подошвы фундамента b и a (соответственно вдоль и поперек моста), а также глубина ее заложения d, отсчитываемая от расчетного уровня поверхности грунта с учетом срезки или размыва, и высота фундамента h (рис.2.1). Давление, которое может воспринять несущий слой грунта (расчетное сопротивление грунта несущего слоя), существенно зависит от указанных размеров фундамента, которые пока неизвестны. Исходя из правил конструирования жестких фундаментов мелкого заложения при любой глубине заложения, размеры подошвы находятся в границах:

b_min £ b £ b_maxa_min £ a £ a_max (2.1)

где:

b_min = b₀ + 2c₀ a_min = a₀ + 2c₀ (2.2) b_max = b₀+ 2h tg30° a_max = a₀ + 2h tg30° (2.3)

Глубина заложения фундамента d обычно не превышает 6 м.

В формулах (2.2) и (2.3) b₀ и a₀ - размеры опоры в плоскости обреза фундамента вдоль и поперек моста.

При фиксированных размерах b и d размер a приближенно определяется по формуле:

(2.4)

где и вертикальная и горизонтальная силы, кН; - момент из первого сочетания нагрузок, действующих в плоскости моста на уровне обреза фундамента, кН×м, g_с = 1,2; g_n = 1,4 - коэффициенты условий работы и надежности; g_F = 23 кН/м³ - расчетный удельный вес материала фундамента с грунтом на его уступах; R - расчетное сопротивление грунта несущего слоя основания, кПа.

Согласно действующим нормам [2] это сопротивление определяют по формуле:

(2.5)

где R₀ - условное сопротивление грунта несущего слоя основания (значения R₀ были рассчитаны в подразделе 1.2), кПа; k₁ и k₂ - табличные коэффициенты (см. подраздел 1.2); g= 9,81r - средний в пределах глубины заложения d удельный вес грунта. кН/м³, r - средняя плотность грунта в пределах той же глубины, допускается принимать равной 2 т/м³ или определять по формуле:

(2.6)

где r_i , h_i – плотность, т/м³, без учета взвешивающего действия воды и толщина отдельных слоев грунта, м, в пределах глубины заложения фундамента d; n - число слоев в пределах глубины d.

При ширине подошвы b > 6 м в формуле (2.5) принимают условно b = 6 м.

Подбор размеров фундамента с помощью формулы (2.4) рекомендуется начинать с минимально возможной глубины заложения и максимально допустимой при этой глубине ширине подошвы b = b_max .

Возможны следующие случаи:

1. a_min £ a £ a_max - полученный размер a находится в допустимом интервале, подбор основных размеров на этом заканчивается.

2. a < a_min - размер a оказался меньше минимально допустимого. Необходимо уменьшить размер b до такой величины, при которой будет выполняться приближенное равенство a @ a_min. Если окажется, что даже при b = b_min размер a < a_min , то принимается a = a_min. Подбор размеров на этом заканчивается.

3. a > a_max - размер оказался больше максимально допустимого. Это означает, что при глубине заложения d фундамент не проходит. Необходимо увеличив глубину заложения продолжить подбор размеров по формуле (2.4) при b = b_max, соответствующем новой глубине заложения. Увеличение d в допустимых пределах производится до тех пор, пока не будет получено приближенное равенство a @ a_max. Подбор размеров на этом заканчивается.

Если при d = d_max и b = b_max получается размер a > a_max , то вариант массивного фундамента мелкого заложения в заданных инженерно-геологических условиях нецелесообразен. В этом случае следует обратиться за консультацией к преподавателю или принять самостоятельное решение.

Состояний

Общие положения

Расчеты массивного фундамента мелкого заложения по первой группе предельных состояний предупреждает потерю несущей способности оснований, устойчивости положения фундамента против опрокидывания, сдвига по подошве, устойчивости фундаментов при воздействии сил морозного пучения грунтов, прочности и устойчивости конструкций фундаментов.

Расчеты по первой группе предельных состояний выполняют от сочетаний расчетных нагрузок, действующих в плоскости моста (первое и второе сочетание) и в курсовой работе включают:

1. проверки по среднему и максимальному давлению на основание в плоскости подошвы фундамента;

2. проверку несущей способности слабого подстилающего слоя основания;

3. проверку на опрокидывание фундамента относительно ребра;

4. проверку на сдвиг в плоскости подошвы.

Фундамента

Проверки несущей способности основания под подошвой фундамента мелкого заложения выполняют от первого сочетания нагрузок вдоль моста по формулам:

(2.13)

(2.14)

где p и p_max - среднее по подошве и максимальное под краем фундамента давление, кПа; и М - расчетная вертикальная сила (кН) и момент (кН·м) из первого сочетания нагрузок; g_с = 1,2 - коэффициент условия работ; g_n = 1,4 - коэффициент надежности по назначению сооружения; R - расчетное сопротивление грунта несущего слоя для принятых размеров подошвы фундамента и глубине ее заложения от проектной отметки поверхности грунта или дна водотока (с учетом размыва), определяется по формуле (2.5), кПа.

Основания

Если несущий слой грунта подстилается более слабым грунтовым слоем, у которого условное расчетное сопротивление меньше, чем у несущего, необходимо проверить напряжение в уровне кровли этого слоя, находящейся на глубине от подошвы фундамента по условию:

, (2.15)

где - осредненный по глубине удельный вес грунта, кН/м³ , допускается принимать 20 кН/м³ ; - коэффициент рассеивания напряжений в основании от дополнительного давления по подошве фундамента, принимается по таблице П.5.1 (приложение 5) в зависимости от соотношения размеров подошвы фундамента и отношения ; - среднее давление на грунт по подошве фундамента от первого сочетания нагрузок, определяется по формуле (2.13); - то же, что и в формуле (2.13); - расчетное сопротивление подстилающего слоя грунта, определяемое для глубины расположения кровли этого слоя от поверхности и ширины подошвы фундамента по формуле:

(2.16)

где - условное сопротивление и коэффициенты для грунта слабого слоя.

Общие положения

Расчеты второй группе предельных состояний выполняются с целью проверить назначенные размеры фундамента по предельно допустимым деформациям, при которых сооружение (мост) может еще нормально выполнять свои эксплуатационные функции.

В соответствии с требованиями СНиП 2.05.03 - 84* [2] различные по величине осадки соседних опор моста не должны вызывать появления в продольном профиле моста углов перелома, превышающих предельно допустимые значения. Нормами ограничиваются также величины продольных и поперечных смещений верха мостовых опор. Таким образом, расчеты по второй группе предельных состояний включают:

1. определение осадки отдельных опор моста

2. определение горизонтальных смещений верха опор

Эти расчеты производят, используя нагрузки из третьего и четвертого сочетаний нагрузок, вычисленных с коэффициентом надежности =1,0.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ МАССИВНЫХ ФУНДАМЕНТОВ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ

Общие сведения

Фундаменты мелкого заложения сооружают в котлованах, отрываемых с поверхности на проектную глубину. Этот способ сооружения фундаментов целесообразен при глубине заложения d до 5…6 м (рис.2.1).

Рис.2.1. Фундаменты мелкого заложения:

а – с развитием подошвы; б – без развития

Под опоры моста фундаменты мелкого заложения устраивают обычно жесткими, массивного типа. Размеры такого фундамента в плоскости обреза назначаются больше размеров надфундаментной части опоры на величину = 0,2 … 1,0 в каждую сторону. Для передачи грунтам основания ограниченного давления, подошву фундаментов, как правило, увеличивают по сравнению с размерами фундаментов по обрезу.

Развитие сечений фундамента по глубине (от обреза к подошве) оформляют уступами с вертикальными гранями, расположенными под углом развития (см. рис.2.1, а). Развитие фундаментов может быть симметричным и несимметричным. Несимметричные фундаменты обычно устраивают под устои мостов. Фундаменты промежуточных мостовых опор проектируют, как правило, симметричными, при этом угол развития d не должен превышать 30^° [6,7]. Материалом жестких фундаментов мелкого заложения служить бетон класса не ниже В20.

Проектирование фундаментов мелкого заложения (раздел 2 пояснительной записки) выполняется в изложенном далее порядке.