2. Определение нагрузок в сечении по подошве фундамента. Проверка несущей способности грунтов основания

При определении собственного веса опоры фундамента нужно сначала назначить предварительные размеры фундамента, брать фундамент как массивный и сплошной. Глубину заложения фундамента нужно назначить d= 2,5 м от дна реки, учитывая то, что отметка дна реки получена после размывания грунта. Это минимальная глубина заложения фундамента, что разрешается нормами [2] для опор, расположенных в пределах водотока. Размеры фундамента в плане назначим на 2 м больше размеров опоры на уровне среза фундамента, т.е. 5,5×13,5 м.

При углублении фундамента в пески и супеси нормальная нагрузка от веса опоры и фундамента на уровне подошвы следует определить с учетом увлажненного действия воды:

, (11)

где V_оп – объем тела опоры, м³;

V_ф – объем фундамента, м³;

γ_b = 24 кН/м³ – удельный вес бетона;

γ_w = 10 кН/м³ - удельный вес воды.

Фундамент углубленный в глину с показателем текучести Ι_τ ≤ 0,25, тогда увлажняющее действие воды не нужно определять, то есть величина V_w·γ_w=0.

Объем фундамента:

, (12)

V_ф = 5,5·13,5·2,5 = 84,375 м³.

Определим объем частей опоры V^'_оп, которая находится под водой. Площадь опоры на уровне среза определена раньше (А₂ = 40,25 м²). Площадь сечения опоры на уровне межени А^'_оп = 3,41·7,91 = 26,97 м². Тогда

, (13)

м³.

Вес опоры и фундамента равняется:

N =(310,8+84,375)·24 – (333,89+84,375)·10 = 5301,55 кН.

Вес, определенный с учетом увлажняющего действия воды, поскольку фундамент, углубленный в глинистый грунт. Определенные усилия приведены в табл. 2.

Таблица 2 – Усилия в сечении по подошве фундамента

Силы, что действуют в сечении по подошве фундамента	Силы, кН								Плечи относительно осей, м				Моменты относительно осей, кНм
	вертикальные				горизонтальные
	нормативные	коэффициент надежности γf	расчетные	нормативные		коэффициент надежности γf	расчетные	x			y	z	Мx		Мy
1	2	3	4	5		6	7	8			9	10	11		12
Вес: Основания и фундамента N	5302	1,1	5832
Пролетного строения и проезжей части 2·Р1	16000	1,2	19200
Нагрузки : Временные АК на одном пролете Р2	7000	1,2	8400									0,75	6300
Временные АК на двух пролётах 2Р2	14000	1,2	16800
Сила торможения FT				700		1,2	840					11	9240
Давление льда: на ур-е УВВ FЛ1				194		1,2	233					6,5	1515
на ур-е УМВ FЛ2				564		1,2	677					4	2708

Разные сочетания нагрузок в сечении по подошве фундамента приведены в табл. 3.

Эксцентриситеты приложения силы N определяются по формулам:

, (14)

Относительные эксцентриситеты определяются по формулам:

, (15)

где b – ширина подошвы фундамент, м;

a – длина подошвы фундамента, м.

Таблица 3 – Сочетание нагрузок в сечении по подошве фундамента

Номер сочетания	Силы, что действуют в сечении по подошве фундамента	Коэффициент сочетания η	Силы, кН		Моменты, кНм			Эксцентриситет, м			Относительные эксцентриситеты, м
			вертикальные	горизонталь-ные	Мx	Мy
1	2	3	4	5	6	7	8		9	10		11
1	Вес: Основания и фундамента N	1	5832
	Пролетного строения и проезжей части 2·Р1	1	19200
	Нагрузки : Постоянные	1	25032
	Временные АК на одном пролете Р2	1	8400		6300
	Итого		33432		6300		0,188			0,21
2	Нагрузки : Постоянные	1	25032
	Временные АК на двух пролете 2·Р2	1	16800
	Итого		41832
3	Нагрузки : Постоянные	1	25032
	Временные АК на одном пролете Р2	0,8	6720		5040
	Сила торможения FT	0,8		672	7392
	Итого		31752	672	12432		0,392			0,472
4	Нагрузки : Постоянные	1	25032
	Временные АК на двух пролете 2·Р2	0,8	13440
	Сила торможения FT	0,8		672	7392
	Итого		38472	672	7392		0,192			0,209
5	Нагрузки : Постоянные	1	25032
	Временные АК на двух пролете 2·Р2	0,8	13440
	Давление льда на УМВ FЛ2	0,7		474		1896
	Итого		38472	474		1896			0,049			0,022
6	Нагрузки : Постоянные	1	25032
	Временные АК на двух пролете 2·Р2	0,8	13440
	Давление льда на УМВ FЛ1	0,7		163		1060
	Итого		38472	163		1060			0,028			0,012

Анализ столбцов табл. 3 показывает, что относительные эксцентриситеты от постоянной и временной нагрузки не превышают единицы [1], следовательно, расчет крена можно не проводить. Таким образом, обеспечиваются требования норм [1] по проверки горизонтального смещения верха опоры.

При определении несущей способности основания под подошвой фундамента мелкого заложения нужно рассчитать [3,5]:

-) среднее давление на основании, кПа:

, (16)

где R –расчетное сопротивление грунта основания [1,5];

N – равнодействующая вертикальных сил, приложенных нормально к подошве фундамента, кН;

A – площадь подошвы фундамента, м²;

γ_n – коэффициент по назначению сооружения, который равен 1,4 [1,5];

-) максимальное и минимальное давление на основании, кПа, для фундаментов простой формы в плане:

, (17)

или

, (18)

где M_x и M_y – моменты, что действуют вокруг осей x-x и y-y соответственно, кНм;

W_x и W_y – моменты опоры площади подошвы фундамента относительно осей x-x и y-y соответственно. Для подошвы фундамента прямоугольной формы:

, (19)

, (20)

γ_c – коэффициент работы, который равняться 1 (единицы).

Проверку несущей способности нужно проводить, используя условия (17,18). Расчет рекомендуется проводить в табличной форме (табл.4).

Таблица 4 – Проверка прочности грунтов основания

Номер сочетания	N, кН	А, М2	, кПа			1±	1±	Pmax, кПа	Pmin, кПа	, кПа
1	33432	74,25	450,3	0,21		1,21		544,9	355,7	195,4
						0,79
2	41832	74,25	563,4	0		1		563,4	563,4	195,4
3	31752	74,25	428	0,472		1,472		630	226	234,4
						0,528
4	38472	74,25	518,1	0,209		1,209		626,4	409,8	234,4
						0,791
5	38473	74,25	518,1		0,022		1,022	529,5	506,7	234,4
							0,978
6	38472	74,25	518,1		0,012		1,012	524,3	511,9	234,4
							0,988

Расчетное сопротивление независимо от типа нескальных грунтов основания определяем по выражению:

, (21)

где R₀ – условное сопротивление грунта, кПа, по данным работ [1,5,7] в зависимости от вида грунта и его физико-механических характеристик;

k₁ и k₂ – коэффициенты, что зависят от вида грунта [1,5,7];

b – ширина фундамента, м;

d – глубина заложения фундамента, м;

γ – среднее расчетное значение удельного веса грунта слоев, расположенных выше подошвы фундамента, вычисленного без учета увлажняющего действия воды. Выше подошвы основания расположены разные слои, то в формулу (21) нужно подставить такое удельное значение удельного веса γ:

, (22)

Определим расчетное сопротивление. Для характеристик грунта первого слоя, приведенных в задании, находим:

кПа.

Согласно с нормами [1] для основных сочетаний γ_C = 1. В работе за основные сочетания приняты сочетания 1 и 2. Для сочетаний 3-6: γ_C=1,2. Тогда для сочетаний 1-2:

кПа;

для сочетаний 3-6:

кПа.

Расчеты вычислений, приведенных в табл. 4, показывают, что грунты основания не имеют достаточную несущую способность, чтобы воспринимать нагрузки, которые на них передаются. Во всех сочетаниях не выполняется условия (17,18).

Для того, чтобы условие выполнялось, нужно изменить размеры подошвы фундамента в плане или глубину его заложения, предвидя фундаменты глубокого заложения или искусственное основание.

Оседание фундамента нужно определить согласно нормам [2].

Расчеты фундаментов глубокого заложения следует проводить согласно с действующими нормативными документами. Во время расчета свайных грунтов нужно пользоваться нормами [4] или работами [3,5].

Список литературы

1. СНиП 2.05.03-84* Мосты и трубы. Москва: ГУП ЦПП, - 2003.-213 с.

2. СНиП 2.02.03-83* Основания зданий и сооружений /Минстрой России. – Москва: ГП ЦПП, 1995.-48 с.

3. Лукин Н.П., Кожушко В.П., Кривоносов Ю.Ф. Расчет фундаментов опор мостов. – Киев: КАДИ, 1984. – 88 с.

4. СНиП 2.05.03-85* Свайные фундаменты / Госстрой России. – Москва: ГУП ЦПП, 2001. – 48 с.

5. Кожушко В.П. Основи і фундаменти в 2-х част.1 – Харків: ХНАДУ,

2003. – 500 с.

6. Кожушко В.П. Основи і фундаменти в 2-х част.2 – Харків: ХНАДУ,

2003. – 492 с.

7. Кожушко В.П. Фундаменти мілкого закладення транспортних споруд и будівель: Конспект лекцій. – Харків: ХАДІ, 1993. – 164 с.

8. Методичні вказівки до курсової роботи з дисципліни «Основи і фундаменти» (розділ «Фундаменти мілкого закладення») – Харків: ХНАДУ, - 2007. – 32 с.