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.