9.3. 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

 = (1,3R при дополнительном сочетании нагрузок), (9.6)

где  – 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 (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

 = . (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/ 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 = – эксцентриситет приложения вертикальной равнодействующей N относительно центра тяжести подошвы фундамента; M – момент действующих сил относительно главной центральной оси подошвы фундамента;  = – 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 h_м 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 h_м определяется по формулам:

а) при h ≤ 2 η d h_м = 2 η d – 0,5 h;

б) при h > 2 η d h_м = 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 h_м следует определять по формуле h_м = 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 = , (9.8)

M₁ = , (9.9)

где P_z, H_x, M_о – 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); n_об – общее число свай в фундаменте; x – координата головы сваи, для которой определяется продольная сила N; х_i – координата головы сваи каждого (i-го) ряда, перпендикулярного плоскости действия внешней нагрузки; k_i – 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.

Рис. 9.1. Расчетная схема фундамента из вертикальных свай

Несущая способность грунтового основания фундаментов из свай проверяют по формуле

N_max ≤ mm₁P, (9.10)

где N_max – 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 N_min + G < 0, должно быть проверено условие [N_min + G] ≤ P₀, где N_min – 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.