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
По формуле (2.29) следует определить осадку каждого слоя грунта и
Рис. 2.9. Расчетная схема к определению осадки фундамента
методом послойного суммирования:
1 – эпюра природного давления грунта
izg.
; 2 – эпюра
izg.
2,0
; 3 – эпюра допол-
нительных напряжений
izp.
; НГСТ – нижняя граница сжимаемой толщи
1
3
2
НГСТ
полную осадку фундамента.
Примеры расчета осадки фундамента методом послойного суммирования приведены на с. 293…295 [2], с. 41…49 [5].
Если одно из условий (2.3) или (2.4), (2.20), (2.21) или (2.32) не выполняется, то необходимо увеличить размеры подошвы фундамента
мелкого заложения или глубину заложения фундамента, применить инженерные методы преобразования строительных свойств оснований (см.
с. 353…377 [2], с. 141…161 [1]).
Вопросы для самопроверки
1. Какие различают типы фундаментов мелкого заложения?
2. Какие виды фундаментов мелкого заложения применяют в мосто-
строении?
3. Как определить глубину заложения фундамента мелкого заложе-
ния и его размеры?
4. Каков принцип расчета фундаментов мелкого заложения по пер-
21
вому и второму предельным состояниям?
39,2
γ=18,6 кН/м3 Е=6,5 МПа
с=18,0 кПа φ=16°
43,0
29,8
40,0
37,8
35,7
1,5
12,7
42,5
Мин. ГВ
Дно
УМР
Песок
Глина
Супесь
γ=18,8 кН/м
3
Е=11,5 МПа
с=27,0 кПа
φ=21°
γ=19,5 кН/м3 Е=38 МПа
с=6,0 кПа φ=34°
Рис. 3.1. Расчетная схема свайного фундамента
5. Как проверяется устойчивость фундамента против сдвига?
6. Как проверяется прочность подстилающего слоя при проектиро-
вании фундамента мелкого заложения?
7. Каков принцип расчета осадки фундамента методом послойного
суммирования?
3. РАСЧЕТ СВАЙНОГО ФУНДАМЕНТА
3.1. Выбор типа ростверка, отметки его обреза и подошвы,
формы в плане и предварительных размеров
По положению подошвы свайного ростверка относительно поверхности грунта свайные фундаменты могут быть с высокими и низкими
ростверками [1, 2, 7]. В свайном фундаменте с высоким ростверком его
подошва расположена выше поверхности грунта. Применение таких
фундаментов при больших глубинах воды позволяет сократить объемы
кладки фундамента, уменьшить его стоимость и упростить технологию
работ. При строительстве мостов на местности, не покрытой водой,
преимущественно применяют фундаменты с низкими ростверками. На
водотоках фундаменты с низкими ростверками устраивают при очень
тяжелом ледовом режиме, а также при наличии интенсивного и длительного перемещения наносов несвязных грунтов, которые могут вы-
звать быстрое истирание бетона свай.
Для фундаментов
промежуточных
опор мостов отметку
плоскости обреза
ростверка назначают
на 0,5…1 м ниже
горизонта меженных
вод. На суше отметку обреза назначают
ниже поверхности
грунта на 0,1…0,5 м
(рис. 3.1).
Подошву высокого ростверка
устраивают ниже
горизонта низкого
22
ледохода и ниже уровня низкого ледостава, чтобы давление льда не пе-
60d
60d
yопp
cbb
2
yопp
cаа
2
оп
а
оп
b
у
с
dс
у
5,025,0
редавалось непосредственно на сваи. Подошву ростверка, заглубленного
в пучинистый грунт, располагают ниже расчетного уровня промерзания
грунта, определенного с учетом размыва, не менее чем на 0,25 м. На реках, где ледоход отсутствует или небольшой, возможно применение ростверка с подошвой, расположенной немного выше уровня низких вод.
Отметка подошвы ростверка определяется отметкой обреза и необ-
ходимой по конструктивным соображениям его толщиной, которая зависит от размеров ростверка в плане и диаметра несущих элементов.
Предварительно толщину ростверка можно принять равной 1,4…2,0 м
при толщине ствола сваи до 0,6 м и 2…3 м при больших размерах сечения
свай. При развитии ростверка в плане, когда оси крайних свай выходят
за контур опоры на уровне обреза фундамента, толщина ростверка
должна обеспечивать необходимую заделку голов свай.
Головы свай заделывают в бетон ростверка: при толщине ствола
см на d2; при
см − не меньше чем на 120 см. Допускает-
ся также заделывать головы свай в ростверк на значение не менее 10 см
при условии, что остальная часть заделки обеспечивается выпуском
стержней продольной арматуры длиной, определяемой расчетом. Эта
длина должна быть не меньше 30 диаметров стержня при арматуре периодического профиля и 40 диаметров гладкой арматуры.
Ростверки могут иметь различную форму в плане. Форма ростверков
определяется формой опоры моста на уровне обреза. Прямоугольная
форма более проста в производстве и удобна в отношении размещения
свай, когда ростверки приходится развивать в плане. Ростверк, имеющий обтекаемую форму, лучше сопротивляется давлению льда, и его
устраивают в случаях, когда по условию размещения свай не требуется
их развития в плане. Ростверк круглой формы может оказаться выгодным при равенстве опоры вдаль и поперек оси моста и может быть более технологичным в производстве работ.
Размеры ростверка в плане определяются условием размещения необходимого числа несущих элементов.
Размеры прямоугольного ростверка в плане (в первом приближении):
где
;
,
– размеры сечения промежуточной опоры моста, м;
, (3.1)
–
расстояние от оси крайнего несущего элемента до грани ростверка, м;
, (3 .2)
где d – толщина ствола сваи, м.
23
3.2. Выбор типа, размеров и материала свай
Сечение,
см
Площадь
сечения, м
2
Момент
инерции
сечения, м
4
Длина,
м
Класс
бетона
Тип
армирования
30×30
0,09
0,000675
4…8
В20
1…4
9…12
В25
35×35
0,1225
0,001251
6…12
В25
2...7
13
В30
2…7
14
В30
3…7
15…16
В30
4…7
40×40
0,16
0,002133
8…12
В30
3…8
13
В35
3…8
14, 15
В35
4…8
16, 17
В35
5…8
18
В35
6…8
Тип армирования
Рабочая арматура
Площадь сечения рабочей
арматуры, см2
1
4Ø20
12,56
2
4Ø25
19,63
3
4Ø28
24,63
4
4Ø32
32,17
5
12Ø20
37,70
6
8Ø28
49,26
7
12Ø25
58,91
8
12Ø28
73,89
cв
В мостостроении применяют типовые призматические железобе-
тонные сваи квадратных сечений (табл. 3.1), изготовляемые из обычного или предварительно напряженного железобетона [1, 7].
Ненапряженные мостовые трещиностойкие сваи с допускаемым
раскрытием трещин не более 0,1 мм используют в фундаментах с высокими ростверками и в свайных опорах-фундаментах мостов эстакадного
типа (например, СМ-12-40Т4). Сваи изготавливают для обычных климатических условий и в северном исполнении (добавляется буква С в обозначении марки). Рабочая арматура свай – периодического профиля
класса А-II (табл. 3.2).
Таблица 3.1
Данные по ненапряженным мостовым трещиностойким сваям
Данные по типу армирования ненапряженных мостовых трещиностойких свай
Длина сваи
Таблица 3.2
определяется из условий заглубления ее конца в бо-
24
лее прочный слой грунта не менее чем на 1 м и заделки головы сваи в
kndo
FN
N
o
d
F
n
k
k
Общее число свай n в фундаменте
1…5
6…10
11…20
≥21
Коэффициент
k
1,75
1,65
1,55
1.40
d
F
iiсfсRсd
hfuARF
ростверк.
3.3. Определение несущей способности свай
По характеру передачи нагрузки на грунт сваи подразделяются на
сваи-стойки и висячие сваи.
Расчет свай-стоек на вертикальную нагрузку производится по двум
условиям: по прочности материала свай и по несущей способности грунта
основания свай [7]. За несущую способность сваи-стойки принимается
наименьшая величина.
Расчет несущей способности вертикально нагруженных висячих свай
производится по несущей способности грунта основания свай, так как по
прочности материала свай она всегда выше.
Одиночную сваю в составе фундамента по несущей способности
грунтов основания следует рассчитывать исходя из условия [7]:
, (3.3)
где
− расчетная нагрузка, передаваемая на сваю (продольное усилие,
возникающее в свае от расчетных нагрузок, действующих на фундамент
при наиболее невыгодном их сочетании), кН;
− коэффициент усло-
вий работы, учитывающий повышение однородности грунтовых условий при применении свайных фундаментов, принимаемый равным 1,15
при кустовом расположении свай;
грунта основания одиночной сваи, кН;
− расчетная несущая способность
− коэффициент надежности
по назначению (ответственности) сооружения, принимаемый равным
1,2; 1,15 и 1,10 соответственно для сооружений I, II и III уровней ответственности;
− коэффициент надежности, принимаемый в зависимо-
сти от числа свай в фундаменте (табл. 3.3).
Таблица 3.3
Зависимость коэффициента
от общего числа свай
Несущую способность
погружаемой без выемки грунта, работающих на сжимающую нагрузку,
следует определять как сумму сил расчетных сопротивлений грунтов
основания под нижним концом сваи и на ее боковой поверхности по
формуле 7.8 [7]:
висячей забивной сваи и сваи-оболочки,
, (3.4)
25
где
c
1
c
cR
cf
i
f
i
h
2
dA
du 4
cficRi
fR
,,,
L
I
i
f
h
n
Рис. 3.2. Схема к определению
несущей способности
висячей сваи:
1 − отметка горизонта меженных
вод; 2 − отметка дна с учетом
общего размыва; 3 − отметка уров-
ня максимального размыва
− коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый
;
и
− коэффициенты условий работы соответственно под
нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние
способа погружения сваи на расчетные сопротивления грунта; R − расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа; A− площадь опирания на грунт сваи, м2; u − наружный периметр поперечного
сечения сваи, м;
вания на боковой поверхности сваи, кПа;
− расчетное сопротивление i-го слоя грунта осно-
− толщина i-го слоя грун-
та, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м (рис. 3.2).
В формуле (3.4) суммировать со-
противления грунта следует по всем
слоям грунта, пройденным сваей, за
исключением случаев, когда проектом
предусматривается планировка территории срезкой или возможен размыв
грунта. В этих случаях следует суммировать сопротивления всех слоев грунта, расположенных соответственно
ниже уровня планировки (срезки) и
дна водоема после его местного размыва при расчетном паводке.
Площадь опирания несущего эле-
мента на грунт
. Периметр по-
перечного сечения ствола несущего
элемента
.
Указанные особенности устройства
несущих элементов и влияние свойств
грунтов отражены в нормах проектирования в выборе различных значений
.
Расчетные сопротивления R под
нижним концом забивных и вдавливаемых свай и свай-оболочек, погружаемых без выемки грунта, в зависимости от вида песчаного грунта
и показателя текучести
глинистого грунта принимают по табл. 7.2
[7] или табл. 3.4 с учетом глубины погружения нижнего конца свай.
Значения
для всех видов свай принимают по табл. 7.3 [7] или табл.
3.5 в зависимости от средней глубины расположения слоя грунта.
26
Таблица 3.4
Глубина
погружения
нижнего
конца сваи,
м
Расчетные сопротивления под нижним концом свай R, кПа
песчаных грунтов средней плотности
граве-
листых
крупных
−
средней
крупности
мелких
пылева-
тых
−
глинистых грунтов при показателе текучести
L
I
, равном
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
4
8300
6800
5100
3800
3200
2500
2100
1600
1250
700
5
8800
7000
6200
4000
3400
2800
2200
2000
1300
800 7 9700
7300
6900
4300
3700
3300
2400
2200
1400
850
10
10500
7700
7300
5000
4000
3500
2600
2400
1500
900
15
11700
8200
7500
5600
4400
4000
2900
1650
1000
20
12600
8500
6200
4800
4500
3200
1800
1100
25
13400
9000
6800
5200
3500
1950
1200
30
14200
9500
7400
5600
3800
2100
1300
35
15000
10000
8000
6000
4100
2250
1400
i
z
i
h
i
z
Расчетные сопротивления грунта под нижним концом забивных и вдавливаемых
Примечания: 1. Над чертой даны значения для песков, под чертой – для глинистых
грунтов. 2. Для плотных песков значения увеличивают в 1,6 раза, а при определении
степени плотности зондированием – в 2 раза, но не более чем до 20000 кПа. 3. Для
промежуточных глубин погружения свай значения R определяются интерполяцией.
свай и свай-оболочек, погружаемых без выемки грунта, R
В табл. 3.4 и 3.5 глубину погружения нижнего конца сваи h и сред-
нюю глубину расположения слоя грунта
срезкой, подсыпкой, намывом до 3 м следует принимать от уровня при-
родного рельефа, а при срезке, подсыпке, намыве от 3 до 10 м − от условной отметки, расположенной соответственно на 3 м выше уровня срезки
или на 3 м ниже уровня подсыпки, а в водоеме следует принимать от
уровня дна после общего размыва расчетным паводком, на болотах − от
уровня дна болота [7].
Глубина погружения сваи, определяемая от уровня максимального
размыва, дна или уровня местности, разбивается на элементы
делах каждого слоя грунта не более 2 м (рис. 3.2). Затем определяются
средние глубины
расположения элементов относительно уровня по-
верхности дна после общего размыва (дна или поверхности местности).
при планировке территории
в пре-
27
По данным табл. 3.5 путем интерполяции устанавливаются значения
i
f
Средняя
глубина
располо-
жения
слоя
грунта, м
Расчетное сопротивление на боковой поверхности свай f, кПа
песчаных грунтов средней плотности
крупных
и средней
крупности
мелких
пылеватых
− − − − −
−
глинистых грунтов при показателе текучести
L
I
, равном
≤0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0 1 35
23
15
12 8 4 4 3
2
2
42
30
21
17
12 7 5 4 4 3 48
35
25
20
14 8 7 6 5
4
53
38
27
22
16 9 8 7 5 5 56
40
29
24
17
10 8 7
6
6
58
42
31
25
18
10 8 7 6 8
62
44
33
26
19
10 8 7
6
10
65
46
34
27
19
10 8 7 6 15
72
51
38
28
20
11 8 7
6
20
79
56
41
30
20
12 8 7 6 25
86
61
44
32
20
12 8 7
6
30
93
66
47
34
21
12 9 8 7 ≥35
100
70
50
36
22
13 9 8
7
L
I
d
F
iiсfi
hf
ihifсfi
№
i
z
, м
Грунт (
LI
)
i
h
, м
i
f
ifi
h
1 2
…
i
ihifсfi
расчетных сопротивлений грунта по боковой поверхности свай
Расчетное сопротивление грунта по боковой поверхности
забивных и вдавливаемых свай и свай-оболочек f
.
Таблица 3.5
Примечания: 1. Для плотных песков значения f увеличиваются на 30%. 2. Для про-
межуточных значений показателя текучести
ляются интерполяцией.
При определении несущей способности
значение
можно определить в табличной форме (табл. 3.6).
Расчет значения
глинистых грунтов значения f опреде-
сваи по формуле (3.4)
28
Таблица 3.6
Коэффициенты условий работы
cR
fci
cR
fci
св
n
d
kгррвремпо ст
св
F
GGРР
n
р
G
гр
G
4,1
k
жбppрр
hbаG
....,4,3,2
x
m
y
xсвy
mnm
dtt 321
1
1 tmb
x
2
1 tma
y
Рис. 3.3. Схема равномерного
размещения свай в плане
и
для случая погружения
забивкой сплошных свай принимаются равными 1 для песчаных грунтов средней плотности и глинистых грунтов. Для других видов свай и
способов их устройства коэффициенты
и
в формуле (3.4) при-
нимаются по данным табл. 7.4 [7], табл. 7.10 и 7.11 [1].
3.4. Определение числа свай и их размещение
Число свай
при равномерном их размещении находят из выра-
жения
, (3.5)
где
– вес ростверка, кН;
− вес грунта на обрезах ростверка, кН;
– коэффициент надежности.
Полученное по формуле (3.5) число свай округляется в сторону уве-
личения до целого числа. Предварительное число свай при внецентренном нагружении свайного фундамента увеличивают на 20%.
Вес ростверка
. (3.6)
Число поперечных рядов свай (по направлению вдоль оси моста)
можно принять
.
Количество свай поперек моста (парал-
лельно оси
) будет составлять
.
Минимальный шаг вертикальных не-
сущих элементов (рис. 3.3) устанавливается для забивных свай
.
Расстояние между осями крайних свай
в расчетном (продольном) направлении
будет равно
. (3.7)
Расстояние между осями крайних свай
в поперечном направлении
. (3.8)
Уточненные размеры ростверка (длина
и ширина) с учетом размещения свай:
29
ypу
cdaa 2
ypу
cdbb 2
где
5,0...2,0yc
pу
a
pу
b
p
a
p
b
p
a
p
b
1
2
1
y
yp
m
cdb
t
1
2
2
x
yp
m
cda
t
22
min
max
i
y
i
x
св
гррвремпост
x
xM
y
yM
n
GGPP
N
yx
MM ,
yx,
2,2 aybx
ii
yx ,
ii
yx ,
2
i
x
2
i
y
2
1
1
2
1
2
22
t
t
t
x
i
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
22
t
t
t
t
t
y
i
py
оп
xx
hTMM
px
оп
yy
hTMM
; (3.9)
, (3.10)
м – минимальная ширина обрезов ростверка.
Полученные значения размеров ростверка по длине и ширине
и
сравнивают с аналогичными размерами по условиям размещения
опоры
мают наибольшие размеры ростверка
и
, определенных по формуле (3.1). Окончательно прини-
и
.
Затем производится корректировка шага свай вдоль оси x и оси y:
;
. (3.11)
Для фундаментов с вертикальными сваями расчетную нагрузку на
сваю определяют по формуле 7.3 [7]:
, (3.12)
где
– расчетные изгибающие моменты, кН·м, относительно
главных центральных осей x и y плана свай в плоскости подошвы ростверка;
которой вычисляется расчетная нагрузка, м (
расстояния от главных осей до оси каждой сваи, м;
– расстояния от главных осей до оси каждой сваи, для
);
–
– расстояния
от главных осей до оси каждой сваи, м.
Для схемы равномерного размещения свай (рис. 3.3) значения
и
определяются по формулам:
; (3.13)
. (3.14)
Расчетные изгибающие моменты:
;
. (3.15)
Максимальное усилие на сваю, определенное по формуле (3.12),
должно удовлетворять условию (3.3). Если условие (3.3) не удовлетво-
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]