2151

2.3.Оценка несущей способности и сжимаемости грунтов основания

Несущая способность грунтов основания оценивается послойно сверху вниз (см. рис.1).

Для первого слоя грунта значение R определяют на глубине d1 = 3 м, если d1 <3 м; при d1 >3 м d1 принимается равным расстоянию от середины насыпи (Hн/2) до середины первого слоя грунта основания, а для второго и третьего слоев грунта соответственно на уровне их кровли (d2, d3).

Для каждого i-го слоя грунта основания (нескального) определяют расчетное сопротивление осевому сжатию R согласно СНиП 2.05.03 [4]:

где R0 - условное сопротивление грунта, кПа, принимаемое по прил. 2 и 3 в зависимости от вида грунта и его физических характеристик (табл.3); k1 и k2 - коэффициенты, принимаемые по прил.4; di - глубина, м, на которой определяется Ri, принимаемая от середины высоты насыпи (см.рис.1); - средний удельный вес слоев грунта, без учета взвешивающего действия воды принимается равным 19,62 кН/м3; bлб - ширина подошвы лекального блока, м (табл.4).

Грунты, у которых R0 не нормируется, относятся к слабым. Они, как правило, не могут служить естественными основаниями фундаментов. В этом случае необходимо для улучшения основания проводить такие мероприятия, как замена грунта, улучшение его физико-механических свойств, применение свайных фундаментов. В курсовой работе рассматривается замена грунта.

Численные значения Ri на соответствующих глубинах показывают на

На основе анализа полученных значений Ri должно быть сделано заключение о характере распределения несущей способности грунтов по глубине и выделен грунт, обладающий максимальной несущей способностью. Необходимо послойно оценить сжимаемость грунтов по значению Еi , выделив слабый грунт.

2.4. Определение нагрузок, действующих на основание фундамента трубы

Cогласно СНиП 2.05.03 [4], параметры фундамента мелкого заложения устанавливаются расчетами по первой группе предельных состояний на основе сочетания расчетных (постоянных и временных) нагрузок.

Кпостоянным нагрузкам относятся: давление от веса насыпи, собственный вес конструкции трубы и гидростатическое давление.

Квременной нагрузке – давление от подвижной нагрузки.

2.4.1.Определение расчетного вертикального давления на звенья трубы от постоянных нагрузок веса насыпи [4]

Схема к определению расчетного вертикального давления на звенья трубы от постоянных нагрузок приведена на рис.3.

1. Расчетное вертикальное давление грунта на звенья трубы [4], кПа,

где f = 1,1 – коэффициент надежности по нагрузке; p – нормативное вертикальное давление, кПа.

Нормативное вертикальное давление грунта от веса насыпи на звенья трубы определяют по формуле 4 , кПа,

где hн – высота засыпки от верха дорожного покрытия до верха звена, м; н – удельный вес грунта насыпи, кН/м3, принимаемый 17,7кН/м3; сv – коэффициент вертикального давления грунта, определяемый для железобетонных звеньев трубы по формуле

здесь

Если Во >hн /d , то следует принимать Во=hн /d; n– нормативный угол внутреннего трения грунта засыпки трубы, равный 30 град; d – внешний диаметр звена водопропускной трубы, м; а – расстояние от основания насыпи до верха звена трубы, м; S – коэффициент, принимаемый равным 1,0; п– коэффициент нормативного бокового давления грунта для звеньев трубы, определяемый по формуле

где Vзв – объём 1п.м звена, м3 (см. табл.4); b – удельный вес железобетона (24 кН/м3); f – коэффициент надежности по нагрузке ( f =1).

где dо – внутренний диаметр трубы, м; w – удельный вес воды (9,81 кН/м3).

2.4.2.Определение вертикального давления на звенья трубы от подвижной нагрузки

Расчетное вертикальное давление грунта от подвижного состава на звенья трубы вычисляют по формуле [4]

где f =1,0 – коэффициент надежности по нагрузке [4]; (1+ ) – динамический коэффициент, который при нагрузке НК-80 определяется по формуле [4]

(1+ )=1,35-0,05d. (21)

Нормативное вертикальное давление, кПа, на звенья трубы от подвижной нагрузки вычисляют по формуле

ки НК-80 при высоте засыпки 1м и более равна 186 кН/м; а0 – длина участка распределения, определенная по СНиП 2.05.03 для нагрузки НК-80, при высоте засыпки 1м и более равна 3 м; hн – расстояние от верха дорожного покрытия до верха звена, м (см. рис.3).

2.5.Проверка ширины подошвы фундамента по прочности основания

Достаточность ширины подошвы фундамента bлб определяют, исходя из обеспечения условия:

где р – давление под подошвой фундамента, кПа; R – расчетное сопротивление грунта основания сжатию под подошвой фундамента, определенное по формуле (11); n – коэффициент надежности по назначению сооружения, принимаемый для фундаментов труб равным 1,4.

Выполнение условия (23) достигается заменой слабой толщи грунта на грунтовую подушку, расчет параметров которой рассматривается в п. 2.7.

Расчетная вертикальная нагрузка P, действующая на уровне обреза фундамента, кН, составляет

где Gзвp – нагрузка от веса 1 п.м звена трубы, определяется по формуле (17) ;

Gлбp – нагрузка от веса 1 п.м лекального блока фундамента определяется по формуле (18); GГp– погонная нагрузка от гидростатического давления определяется по формуле (19); pvp– определяется по формуле (12); pvp –

определяется по формуле (20); d= do+ 2 – внешний диаметр трубы, м;

2.6. Проверка несущей способности подстилающего слоя

Проверку несущей способности подстилающего слоя грунта следует производить исходя из условия, регламентируемого СНиП 2.05.03[4] (рис.5):

где p –давление на грунт, действующее под подошвой фундамента, кПа, см. формулу (23);– среднее (по слоям) значение расчетного удельного веса грунта, расположенного над кровлей проверяемого подстилающего слоя грунта (допускается принимать =19,62 кН/м3); h – заглубление подошвы фундамента от дневной поверхности грунта, м (см. рис.4); zi– расстояние от подошвы фундамента до поверхности проверяемого подстилающего слоя грунта, м; – коэффициент затухания напряжений, принимаемый по прил.7; R – расчетное сопротивление подстилающего грунта, кПа, определенное на глубине расположения кровли проверяемого слоя грунта по формуле (11); n – коэффициент надёжности по назначению сооружения, принимаемый равным 1,4.

Рис.4.Схема к проверке несущей способности подстилающего слоя: HH – высота насыпи; h – глубина заложения фундамента;zc– интенсивность давления от сооружения на уровне кровли подстилающего слоя; пс– природное давление на уровне кровли подстилающего слоя; 1-эпюра дополнительного давления от сооружения zc; 2 - эпюра природного давления грунта пc; 3 – кровля слабого слоя грунта; 4 - подошва слоя грунта

При проверке несущей способности подстилающего слоя грунта от давления фундамента водопропускной трубы формула (25) имеет вид:

где пс – природное давление грунта (см. рис.4), определяемое по формуле

где Р определено по формуле (24).

2.7. Расчет параметров грунтовой подушки

Грунтовая подушка воспринимает давление от фундамента, передает его нижележащему грунту, распределяя на большую площадь.

При устройстве грунтовых подушек используют крупнозернистые и среднезернистые пески, щебень, гравий, техногенные грунты.

В курсовой работе рассматривается грунтовая подушка из песка, для которого модуль деформации Е составляет: крупнозернистый песок – Е = 30 МПа; среднезернистый – Е = 20 МПа.

Коэффициент уплотнения грунтовой подушки должен составлять не менее 0,95, а плотность – П =2,0 т/м3.

При заложении оголовков труб на дренирующую грунтовую подушку необходимо предусматривать противофильтрационный экран. В курсовой работе экран из рассмотрения исключен.

При расчете грунтовой подушки (рис.6) определяют ее высоту hп , ширину и длину в плане. Высоту подушки находят из условия прочности грунта нижележащего слоя подбором по формуле

где '– удельный вес грунта слабого слоя, кН/м3; – коэффициент распределения напряжений по глубине основания, принимаемый по прил.7 в зависимости от hп/bлб; п – удельный вес грунта подушки, кН/м3; h – заглубление подошвы фундамента, м (рис.6); R – несущая способность грунта, определенная по формуле (11).

3. РАСЧЕТ ОСАДКИ ФУНДАМЕНТА. НАЗНАЧЕНИЕ ВЕЛИЧИНЫ СТРОИТЕЛЬНОГО ПОДЪЁМА ЛОТКА ТРУБЫ

Расчет осадки фундамента производится методом послойного суммирования согласно СНиП 2.02.01, который позволяет учесть неоднородность основания, выражающуюся в изменении модуля деформации грунта по глубине основания. Для горизонтальных площадок, лежащих на вертикальной оси, проходящей через центр подошвы фундамента, вычисляют природное давление от веса грунта пр и давление от веса сооружения z (рис. 6).

На осадку фундамента влияет толща грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента, определённой мощности hсж , которая подлежит определению.

Нижняя граница сжимаемой толщи (НГСТ) находится на глубине, где дополнительные напряжения от сооружения z составляют 20% от природного давления в основании пр. Эту границу можно найти графически путем наложения на эпюру давления от сооружения эпюры природного давления, уменьшенного в 5 раз.

Сжимаемую толщу делят на элементы, толщина которых hi не должна превышать 0,4bлб . Границы элементов необходимо совмещать с границами естественных слоев грунта и подушки, т.к. модули деформации грунтов (материалов) различны.

Осадку фундамента определяют путем суммирования осадок по элементам слоёв (табл.6):

вертикальное напряжение в i-ом слое грунта от веса сооружения и действующих нагрузок, кПа; hi и Ei – соответственно толщина и модуль деформации i-го слоя грунта; n – число слоев, на которое разбита сжимаемая толща основания.

Напряжение от давления, создаваемого сооружением, под центром подошвы фундамента на глубине z от его подошвы вычисляется по формуле

(33)

где – коэффициент, учитывающий затухание напряжений по глубине основания, принимается по прил.7.

Напряжение по подошве фундамента, влияющее на осадку, определяют по формуле

Z,м

Рис.6. Схема к расчету осадки центра подошвы фундамента методом послойного суммирования: 1- грунтовая подушка; 2 – графическая оценка низа границы сжимаемой толщи

Осадку вычисляют от давления, уменьшенного на величину природного давления грунта ’h на уровне подошвы фундамента.

n

Природное напряжение на глубине z hi от дневной поверхности

где i и hi – соответственно удельный вес и толщина каждого слоя грунта. Природные давления от водопроницаемых грунтов, расположенных ниже

горизонта вод, определяют с учётом взвешивающего действия воды.

Таблица 6

Расчет осадки фундамента

Строительным подъёмом называют искривление продольного профиля лотка трубы выпуклостью вверх, т.е. в направлении, противоположном ожидаемой осадке, задаваемой при строительстве.

Строительный подъём должен быть таким, чтобы компенсировать ожидаемую конечную осадку фундамента и обеспечить после завершения процесса осадок (стабилизации основания) пропуск воды через трубу без застоев, т.е чтобы не возникали обратные уклоны (рис.7).

i

Lтр

Рис.7. К определению величины строительного подъёма лотка трубы с уклоном i

Величину строительного подъёма назначают согласно формуле [8]:

где S – осадка, рассчитанная по формуле (31); i – заданный уклон трубы.

Если условие (36) не выполняется, то увеличиваем , а если S 0,25iLтр , то принимают = S .