Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Проектирование оснований и фундаментов транспортных сооружений. Методические указания к выполнению курсовой работы для студентов направления подготовк
.pdf
Расчетное сопротивление грунта основания, кПа, определяемое по
IIcIIвqIIqIIz
cc
cMdMdMbkM
k
R
''
21
1
21,сс
1k
1,1k
cq
MMM ,,
z
k
10b
1zk
II
II
II
c
b
d
0bd
Рис. 2.4. Схемы конструирования фундаментов мелкого заложения:
а – несимметричного ступенчатого; б – симметричного ступенчатого;
в – симметричного с наклонными гранями
формуле (5.7) СП 22.13330.2011 6 или формуле (3.9) [3] при назначении размеров фундамента по конструктивным соображениям
, (2.13)
где
5.4 6; k – коэффициент, принимаемый равным:
– коэффициенты условий работы, принимаемые по табл.
, если прочност-
ные характеристики грунта ( и c) определены непосредственными
испытаниями, и
, если они приняты по данным прил. Б 6;
– коэффициенты, принимаемые по табл. 5.5 6 в зависи-
мости от угла внутреннего трения ;
равным: при
м
; b – ширина подошвы фундамента, м;
– коэффициент, принимаемый
– осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих
ниже подошвы фундамента, кН/м3;
вы, кН/м3;
– расчетное значение удельного сцепления грунта, залегаю-
– то же, залегающих выше подош-
щего непосредственно под подошвой фундамента, кПа; d – глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки, м;
– глубина подвала, м. Для бесподвальных сооружений
.
При использовании формул (2.7) и (2.13), условий (2.3) или (2.4) ширину подошвы фундамента b следует определять методом последовательных приближений, так как вес фундамента, вес грунта на его уступах
и расчетное сопротивление грунта основания заранее неизвестны и зависят от размеров подошвы фундамента (рис. 2.2).
11
Ширину подошвы фундамента b можно также определить по гра-
bfр
max
bfR 2,1
min
25,0 bfbl
л
min
25,0 bfbl
п
0f
min
5,0 ааl
min
5,0 bbl
ctg ctg30 1,732
yn
h l l l
n
30
n
y
h
Rp 2,1
max
ф
G
гр
G
max
p
фику, построенному на основании зависимостей
и
, реализующих выражения (2.7) и (2.13).
После определения размеров подошвы фундамента производится
конструирование тела фундамента мелкого заложения. При этом фундаменту по высоте придают ступенчатую и реже трапециевидную форму (рис. 2.4).
При конструировании фундамента ширину уступов вдоль оси моста
определяют по выражениям:
несимметричного ступенчатого (рис. 2.4, а)
симметричного ступенчатого при
;
(рис. 2.4, б):
; (2.14)
– поперек оси моста
; (2.15)
– вдоль оси моста
. (2.16)
Высота уступов с их шириной связана соотношением
где
– предельный угол наклона уступов бетонных фундаментов (в
, (2.17)
нормах проектирования мостов принят постоянный угол
В зависимости от полученной величины
сколько уступов. Высота уступов в перпендикулярном направлении фун-
дамента должна быть увязана с высотой уступов другого направления.
После конструирования фундамента полученное значение ширины
подошвы фундамента b подставляют в соответствующие зависимости
(2.7) и (2.13) и проверяют условие
мента
и веса грунта
ствии с разработанной конструкцией массивного жесткого фундамента
мелкого заложения.
Пример 2. Рассчитать и сконструировать массивный фундамент
мелкого заложения под промежуточную опору моста. Инженерногеологические условия и физико-механические свойства грунтов представлены на рис. 2.5 (приведен неполный расчет).
Наибольшее давление
по формуле (2.7):
).
принимают один или не-
. Значения веса фунда-
в формуле (2.7) определяют в соответ-
под подошвой фундамента определяем
12
2
max
6,1
2275
36,15
5080
6,9
42,6834,1238600010000
b
bb
b
WMWMbaGGРРp
yyxxгрфвремпост
19,71
4,2126875,1421
2
b
b
IIcIIbqIIqIIz
cc
cMdMdMbkM
k
R
''
21
1
0,29,633,160106,333,162,437,45,10184,0
1
3,13,1
b
19,51891,14 b
83,62189,172,1 bR
bfр
max
bfR 2,1
b
, м
3,0
4,0
5,0
max
p
, кПа
937,98
701,66
553,35
R2,1
, кПа
675,5
693,39
711,17
66,3
γ2=10,5 кН/м3 Е2=30 МПа
с2=1,0 кПа φ2=26°
70,0
b
Мин. ГВ
Дно
УМР
Суглинок
Песок средней крупности
Супесь
γ3=10,2 кН/м3
Е3=13 МПа
с3=24 кПа φ3=21°
γ1=18,4 кН/м3 Е1=10 МПа
с
=18 кПа φ
=17°
Рис. 2.5. Расчетная схема
фундамента мелкого заложения
67,5
64,5
62,8
69,5
h
ф
=6,2
bо b
оп
63,3
кПа.
Расчетное сопротивление грунта основания R определяем по
формуле (2.13):
Для определения ширины подошвы фундамента b строим график
зависимости
Значения максимального давления под подошвой и сопротивления грунта
кПа,
кПа.
и
основания в зависимости от ширины подошвы
(рис. 2.6) по данным табл. 2.1.
13
Таблица 2.1
bfр
max
bfR 2,1
1,4b
2,6
ф
h
6,9а
1,4b
6,8
о
а
0,3оb
13,1уh
25,0ya
25,0yb
max
р
Rp 2,1
max
ф
G
гр
G
Рис. 2.6. График зависимости
bfр
max
и
bfR 2,1
от ширины подошвы фундамента b
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
3 4 5
b, м
pmax, 1,2*R, кПа
pmax
1,2*R
1,4b
Рис. 2.7. Фундамент мелкого
заложения промежуточной
опоры моста
1
1
1,13
1,13
1,94
h
о
=2,0
h
ф
=6,2
3,5
4,0
3,0
2,0
4,0
3,5
8,6
9,1
9,6
1─1
3,0
На пересечении линий зависимостей
и
находим шири-
ну подошвы фундамента мелкого заложения
м.
Таким образом, массивный жесткий
фундамент мелкого заложения имеет высоту
м и
обреза
м, размеры подошвы
м, размеры на уровне
м и
м.
Принимаем симметричный ступенча-
тый фундамент с 2 уступами высотой
м, шириной поперек оси моста
м и вдоль оси моста
(рис. 2.7).
После конструирования фундамента
мелкого заложения выполним расчет значений
и R для проверки условия
по формуле (2.4).
Значения
и
в формуле (2.7)
определим в соответствии с конструкцией
массивного жесткого фундамента мелкого
заложения (рис. 2.7). Объем и вес части
фундамента, находящегося выше поверхности дна, вычисляем по формуле (2.9)
14
м
при учете взвешивающего действия воды:
6,5120,36,8
oooнадзф
hbaV
246,51
вбнадзфнадзф
VG
4,72210
yyyyподзф
hbbaahbаV 22
13,11,46,92
yподзфoo
hhba
13,125,021,425,026,9
55,13113,122,40,36,8
2,31572455,131
бподзфподзф
VG
2,31574,722
подзфнадзфф
GGG
6,3879
55,1312,41,46,9
фобщгр
VVV
76,33
48,3545,1076,33
2
гргр
VG
max
p
baGGРРp
грфвремпостmax
yyxx
WMWM
1,46,9
8,3546,3879600010000
32,679
9,26
2275
98,62
5080
R2,1
18,69583,6211,489,1783,62189,172,1 bR
32,679
max
p
18,6952,1 R
%5%28,2100
18,695
32,67918,695
100
2,1
2,1
max
R
pR
Пnс
QQ
с
м3.
кН.
Вес бетона в подземной части фундамента
3
м
.
кН.
Вес фундамента
кН.
Суммарный объем и вес грунта (мелкого песка) над уступами фундамента составляет
Наибольшее давление
кН.
под подошвой фундамента равно
м
3
.
кПа.
Расчетное сопротивление грунта основания
Условие (2.4) выполняется:
Степень использования несущей способности фундамента мелкого
заложения составляет
2.3. Расчет устойчивости фундамента на сдвиг по подошве
Устойчивость фундамента на сдвиг по подошве обеспечивается вы-
полнением условия (1.3) [1]:
где Q – расчетная сдвигающая сила, равная сумме проекций сдвигающих сил на плоскость подошвы фундамента, кН;
составляет
кПа.
кПа
.
, (2.18)
– коэффициент
15
кПа.
условий работы;
п
П
Q
9,0
с
1,1
п
П
Q
грфвремпостП
GGРРNQ
Наименование грунта
Коэффициент
Глины и скальные грунты с омыливающейся поверхностью
(глинистые известняки, сланцы и др.):
во влажном состоянии/сухие
0,25/0,30
Суглинки и супеси
0,30
Пески
0,40
Гравийные и галечниковые грунты
0,50
Скальные грунты с неомыливающейся поверхностью
0,60
грфвремпостnсh
GGРРF
h
F
жения;
– предельная удерживающая сила, равная сумме проекций
– коэффициент надежности по назначению соору-
предельных сил на плоскость подошвы фундамента, кН. При расчете фундаментов транспортных сооружений принимают
Предельную удерживающую силу
, возникающую по подошве
и
[8].
фундамента, определяют по формуле (3.31) [1]:
, (2.19)
где N – нормальная к плоскости подошвы фундамента составляющая сил,
кН; – коэффициент трения материала фундамента по грунту (табл. 2.2).
При определении силы N в случаях расположения подошвы фундамента ниже уровня вод учитывают взвешивающее действие воды на
фундамент и часть сооружения, которая находится ниже этого уровня,
независимо от вида грунтов основания.
Осредненные значения коэффициента трения
Таблица 2.2
Для фундамента промежуточной опоры моста с горизонтальной подошвой, одинаковой глубиной заложения у передней и задней грани и
при отсутствии односторонней нагрузки на поверхности грунта условие
(2.18) записывается в виде условия (3.35) [1]
где
– сдвигающая сила на уровне обреза фундамента, кН.
Пример расчета устойчивости фундамента на сдвиг по подошве приведен на с. 74…75 [1].
2.4. Проверка прочности подстилающего слоя грунта в основании
При наличии в пределах сжимаемой толщи основания на глубине z
от подошвы фундамента слоя грунта меньшей прочности, чем прочность
грунта вышележащих слоев, размеры фундамента должны назначаться
такими, чтобы обеспечить условие [1, 2, 6].
, (2.20)
16
zzgzp
R
, (2.21)
zgzp
,
z
R
zp
оzp
р
bz2
ba
о
р
a
ozgо
pр
.max
max
p
ozg.
n
i
iiozg
h
1
.
ii
h,
Рис. 2.8. Расчетная схема к проверке
давления на подстилающий слой
слабого грунта
где
– вертикальные напряжения в грунте на глубине z от по-
дошвы фундамента соответственно дополнительное от
нагрузки на фундамент и от
собственного веса грунта, кПа;
– расчетное сопротивление
грунта пониженной прочности
на глубине z, кПа (рис. 2.8).
Дополнительные верти-
кальные напряжения
от
нагрузки на фундамент определяются по формуле
, (2.22)
где – коэффициент, принимаемый по данным табл. 5.8
[6] или табл. 2.3 в зависимости
от относительной глубины
и
;
– до-
полнительное давление на основание под подошвой фундамента, кПа;
и b − длина и ширина подошвы фундамента, м.
Дополнительное давление на основание под подошвой фундамента
, (2.23)
где
– наибольшее давление под подошвой фундамента, кПа;
– вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента, кПа.
Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне
подошвы фундамента вычисляют по формуле
где
– соответственно удельный вес и толщина каждого слоя грунта,
расположенного выше подошвы фундамента.
Удельный вес грунтов, залегающих ниже уровня подземных вод, но
выше водоупора, должен приниматься с учетом взвешивающего действия воды.
, (2.24)
17
Значения коэффициента
Прямоугольник с соотношением сторон
ba
, равным
1,0
1,4
1,8
2,4
3,2
5,0
0,0
1,000
1,000
1,000
1,000
1,000
1,000
0,4
0,960
0,972
0,975
0,976
0,977
0,977
0,8
0,800
0,848
0,866
0,876
0,879
0,881
1,2
0,606
0,682
0,717
0,739
0,749
0,754
1,6
0,449
0,532
0,578
0,612
0,629
0,639
2,0
0,336
0,414
0,463
0,505
0,530
0,545
2,4
0,257
0,325
0,374
0,419
0,449
0,470
3,2
0,160
0,210
0,251
0,294
0,329
0,360
4,0
0,108
0,145
0,176
0,214
0,248
0,285
4,8
0,077
0,105
0,130
0,161
0,192
0,230
6,0
0,051
0,070
0,087
0,110
0,136
0,173
7,2
0,036
0,049
0,062
0,080
0,100
0,133
8,4
0,026
0,037
0,046
0,060
0,077
0,105
10,0
0,019
0,026
0,033
0,043
0,056
0,079
12,0
0,013
0,018
0,023
0,031
0,040
0,058
zg
z
zozgzg
.
z
zg
z
R
z
b
z
d
21,сс
cq
MMM ,,
z
b
1
2
1
aaAb
zz
z
A
2/1bаа
Таблица 2.3
Вертикальное напряжение от собственного веса грунта
нице слоя, расположенного на глубине z от подошвы фундамента,
определяется по формуле
где
− удельный вес грунта на глубине z от подошвы фундамента.
При определении
ление столба воды, расположенного выше рассматриваемой глубины.
Величину
дамента шириной
ты условий работы
находят применительно к слою подстилающего слоя грунта.
Ширину условного фундамента
напряжений в пределах слоя толщиной z по формуле (10) [7] или по
формуле (10.14) [2]:
где
– площадь подошвы условного фундамента, м2;
на гра-
, (2.25)
в водоупорном слое следует учитывать дав-
определяют по формуле (2.13) как для условного фун-
и глубиной заложения
(рис. 2.8). Коэффициен-
, а также коэффициенты
назначают с учетом рассеивания
, (2.26)
.
18
zp
oII
z
N
A
, (2.27)
oII
N
z
b
1415,0
2
nnnbb
z
n
i
i
i
cp
izp
E
h
s
1
.
cp
izp.
1i
z
i
z
i
h
i
E
c
Hz
izgizp ..
2,0
izg.
2,0
izp.
5iE
c
Hz
izgizp ..
1,0
где
– вертикальная нагрузка на основание от фундамента, кН.
Ширину подошвы условного фундамента
можно определить по
формуле (3.31) [1]:
, (2.28)
где значения n и приведены в формуле (2.22).
Пример расчета прочности подстилающего слоя грунта в основании
фундамента мелкого заложения приведен на с. 290…291 [2].
2.5. Расчет осадки фундамента методом послойного суммирования
Осадка основания s с использованием расчетной схемы в виде линейно-деформируемого полупространства определяется методом послойного суммирования по формуле
, (2.29)
где – безразмерный коэффициент, принимаемый равным 0,8;
–
среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i-м слое грунта, равное полусумме указанных напряжений на
верхней
рез центр подошвы фундамента, кПа;
и нижней
границах слоя по вертикали, проходящей че-
– толщина i-го слоя грунта, м;
– модуль деформации i-го слоя грунта, кПа; n – число слоев, на
которые разбита сжимаемая толща основания [6].
Определение осадки основания производится в пределах сжимаемой
толщи. Нижняя граница сжимаемой толщи основания принимается на
глубине
определяется наложением эпюры напряжений
, где выполняется условие
. Эта граница
на эпюру допол-
нительных напряжений
.
Если найденная по условию (2.29) нижняя граница сжимаемой толщи находится в слое грунта с модулем деформации
такой слой залегает непосредственно ниже глубины
граница сжимаемой толщи определяется из условия
19
МПа или
, то нижняя
.
Сжимаемую толщу грунта ниже подошвы фундамента делят на эле-
bh 4,0
izg .
izg.
2,0
izg.
1,0
izp.
izp.
ozgcpо
pр
.
cp
p
baGGРРp
грфвремпостср
ozg.
izg .
Грунт
№
точ
ки
i
h
,
м
i
z
,
м
izg.
,
кПа
0,2 σ
zg.i,
кПа
m=2z/b
izp.
cp
izp.
i
E
,
кПа
i
s
,
м
uiss
i
s
u
s
ментарные слои толщиной
, (2.30)
где b – ширина подошвы фундамента, м.
При делении сжимаемой толщи на элементарные слои грунта их
границы необходимо совмещать с границами естественных слоев грунта. Для каждой точки определяются напряжения
,
.
,
или
Дополнительные вертикальные напряжения
на глубине z от
подошвы фундамента по вертикали, проходящей через центр подошвы
фундамента, определяются по формуле (2.22), где дополнительное давление на основание под подошвой фундамента
, (2.31)
где
формуле (2.7)
– среднее давление под подошвой фундамента, определяемое по
;
– вертикаль-
ное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фунда-
мента, определяемое по формуле (2.24).
Вертикальные напряжения от собственного веса грунта
опре-
деляются по формуле (2.24).
Распределение вертикальных нормальных напряжений по глубине
основания принимается в соответствии со схемой, приведенной на
рис.2.9.
Результаты расчетов оформляются в табличной форме (табл. 2.4).
Таблица 2.4
Результаты вычислений осадок методом послойного суммирования
Расчет осадки фундамента мелкого заложения методом послойного
суммирования заканчивают проверкой выполнения условия
где
осадки для проектируемого сооружения (прил. 4 [7]).
, (2.32)
– суммарная осадка фундамента;
20
– предельное значение
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]