Особенности современного фундаментостроения

Проектирование мостов и путепроводов связано с решением задачи оценки несущей способности основания и выбором оптимальных конструкций и методов возведения фундаментов с учетом инженерно-геологических условий строительной площадки и изменения их природного состояния при возведении и эксплуатации сооружения.

Проект фундамента является частью общего проекта сооружения, но вместе с тем задачи проектирования фундамента решаются самостоятельно на основе следующих исходных данных: характер напластования и свойства грунтов, воздействие поверхностных и подземных вод на основание и фундамент, истирание бетона фундамента, размыв дна русла у опор, воздействие на фундамент ледохода и дреку

Фундаменты являются неотъемлемой частью мостового сооружения, поэтому при решении задач, связанных с их проектированием учитывают природные условия, специфические особенности конструкции и работы надфундаментной части сооружения и влияние деформаций основания и фундамента на работу сооружения в целом.

При проектировании фундамента решают следующие основные задачи:

• выбор глубины заложения и типа фундамента;

• составление вариантов фундамента, их технико-экономический анализ и выбор оптимального варианта;

• проектирование конструкции фундамента по выбранному варианту;

• проектирование организации производства работ по сооружению выбранного варианта фундамента.

Различают пять форм исчерпания несущей способности оснований и фундаментов:

• исчерпание прочности материала фундамента, приводящее к разрушению фундамента;

• исчерпание прочности основания, приводящее к его недопустимым деформациям;

• исчерпание устойчивости основания, приводящее к опрокидыванию фундамента;

• исчерпание устойчивости основания, вызывающее плоский сдвиг фундамента;

• исчерпание устойчивости основания, сопровождающееся сдвигом массы грунта совместно с фундаментом по некоторой поверхности скольжения - глубокий сдвиг.

Расчеты, выполняемые с целью не допустить исчерпания несущей способности оснований и фундаментов, называют расчетами их на прочность и устойчивость.

Основания и фундаменты могут обладать достаточной несущей способностью, но под воздействием нагрузок получить недопустимые по условиям эксплуатации перемещения, поэтому выполняют их расчеты по деформациям. Кроме того, следует выполнять расчеты железобетонных фундаментов на трещиностойкость, чтобы исключить возможность недопустимого раскрытия трещин в их конструкциях.

Расчеты оснований и фундаментов на прочность, устойчивость и по деформациям, а фундаментов - на трещиностойкость, как и других строительных конструкций, выполняют по методу предельных состояний.

Лекция № 2.

Оценка грунтовых условий и выбор типа фундамента. Причины аварий и крушений инженерных сооружений. Технико-экономические вопросы при проектировании фундаментов.

Оценка грунтовых условий и выбор типа фундамента

По данным геологических изысканий имеются данные о ряде физико-механических характеристик грунтов, слагающих площадку строительства. На их основе вычисляют следующие физико-механические характеристики грунта:

- удельный вес грунта

 = g,

где g=9,8 м/c² - ускорение свободного падения;  - плотность грунта, т/м³;

- удельный вес твердых частиц грунта

_s = _sg,

где _s - плотность твердых частиц грунта, т/м³;

- коэффициент пористости грунта

e = (_s/)(1 + W) - 1

- степень влажности грунта

S_r = (W_s)/(e_W),

где W - природная влажность грунта, д.е.; _W =1 т/м³ - плотность воды;

- число пластичности

I_P = W_L - W_P,

где W_L - влажность на границе текучести, д.е.; W_P - влажность на границе пластичности, д.е.;

- показатель текучести

I_L = (W - W_P)/(W_L - W_P).

По степени влажности S_r различают грунты [1, 6, 9]:

маловлажные.........................................................................................................0 < S_r  0,5

влажные...............................................................................................................0,5< S_r  0,8

насыщенные водой..................................................................................….......0,8 < S_r  1,0

Глины и суглинки в зависимости от значения показателя текучести I_L могут находиться в следующих состояниях [1, 6, 9]:

твердое...................................................................................................I_L < 0 (когда W < W_P)

полутвердое..........................................................................................................0  I_L  0,25

тугопластичное...............................................................................................0,25 < I_L  0,50

мягкопластичное.............................................................................................0,50 < I_L  0,75

текучепластичное...............................................................................................0,75 < I_L  1,0

текучее...................................................................................................I_L > 1 (когда W > W_L)

Супеси в зависимости от значения показателя текучести I_L могут находиться в следующих состояниях [1, 6, 9]:

твердое.................................................................................................I_L < 0 (когда W < W_P)

пластичное..............................................................................................................0  I_L  1,0

текучее..................................................................................................I_L > 1 (когда W > W_L)

Наибольшее влияние на свойства грунтов оказывает наличие глинистых частиц, поэтому грунты принято классифицировать по содержанию глинистых частиц.

Таблица 2.1

Краткая классификация грунтов

Вид грунта	Содержание глинистых частиц по массе, %	Число пластичности IP
Глина	> 30	> 0,17
Суглинок	30 - 10	0,17 - 0,07
Супесь	10 - 3	0,07 - 0,01
Песок	< 3	Не пластичен < 0,01

Модуль деформации грунта определяют по формуле

E = /m_v,

где m_v = m_o/(1 + e) - коэффициент относительной сжимаемости, 1/МПа; m_o - коэффициент сжимаемости, 1/МПа;  = 1 - 2²/(1 - ) - коэффициент, характеризующий боковое расширение грунта.

Коэффициент Пуассона грунта  принимается для глин и суглинков твердых и полутвердых  = 0,10-0,15; тугопластичных -  = 0,20-0,25; пластичных и текучепластичных -  = 0,30-0,40 и текучих -  = 0,45-0,50; для супеси (в зависимости от консистенции)  = 0,15-0,30; для песков  = 0,20-0,25.

По модулю деформации грунты подразделяются на:

сильносжимаемые..................................................................................................E  5 МПа

среднесжимаемые..................................................................................5 МПа < E  20 МПа

малосжимаемые....................................................................................................E > 20 МПа.

Вес грунта с учетом взвешивающего действия воды определяется по формуле:

_sw = g(_s - _w)/(1 + e).

При проектировании рассматриваются 3-4 варианта фундаментов. Наиболее распространенными вариантами фундаментов являются: фундамент мелкого заложения, фундамент из забивных призматических свай и фундамент из буровых столбов с уширенной пятой. Другие варианты выбираются в зависимости от особенностей инженерно-геологических условий строительной площадки, конструктивных особенностей и размеров опоры моста, величины нагрузок, действующих на фундамент. В качестве варианта может быть рассмотрен фундамент из свай-оболочек или фундамент в виде опускного колодца. Решение о принятии того или иного варианта производится на основе данных технико-экономического расчета вариантов и инженерно-геологических условий площадки строительства.