1. Проектирование фундамента мелкого заложения

Конструкция фундамента мелкого заложения и основные параметры, её определяющие, приведены на Рис 1. Такие фундаменты проектируются монолитными из бетона класса не ниже В20.

1.1 Определение глубины заложения фундамента и его высоты

Глубина заложения фундаментов определяется:

- инженерно-геологическими условиями площадки строительства;

- глубиной сезонного промерзания грунтов при возведении фундамента на суходоле;

- нагрузками, передаваемыми фундаментом на грунты основания.

Вместе с тем глубина заложения фундамента должна быть такой, чтобы надёжная и безопасная эксплуатацию сооружения обеспечивалась при минимальных затратах на возведение фундаментов. Выполнение этого условия, при заданной конструкции фундамента, достигается за счёт рационального выбора наименьшей (из возможных) глубины его заложения.

Выбираем за несущий слой суглинок. В несущий слой грунта фундамент должен быть заглублен не менее чем на 0,5м.

1.1.1. Определение глубины заложения фундамента, возводимого на суходоле

Исходя из инженерно-геологических условий минимальная глубина заложения фундамента d (Рис.2а) будет:

,

где h_{нес. сл.} – глубина подошвы слоя, предшествующего несущему, м.

Исходя из инженерно-геологических условий и возможности размыва грунта фундамент мостовой опоры должен быть заглублен не менее чем 2,5 м от дна водотока после его размыва расчётным паводком.

Рис.1. Конструкция промежуточной опоры и жёсткого фундамента мелкого заложения.

Исходя из инженерно-геологических условий, сезонного промерзания грунта и с учетом конструктивных требований, минимальная глубина заложения фундамента d (Рис.2) будет:

d =h_p+h_w+2,5=1,9+0,6+2,5=5,0 м ,

где

h_w- глубина водотока , м;

h_p – глубина размыва грунта, м

За окончательную минимально возможную глубину заложения фундамента принимается _.

1.1.2. Определение высоты фундамента

Высота фундамента h_f (Рис.1) определяется как разность отметок его подошвы и обреза и находится из выражения:

,

где d – глубина заложения фундамента, м;

d_обр. – расстояние от условной нулевой отметки (Рис.2,3) до обреза фундамента, принимаемое равным для фундаментов, возводимых на водотоке – 0,6 м.

1.2. Определение расчетных усилий, действующих в уровне подошвы фундамента

Расчёт основания и фундамента по первой группе предельных состояний – это расчёты по несущей способности основания и устойчивости фундамента против опрокидывания. Прочность и устойчивость конструкций жёстких фундаментов мелкого заложения по материалу обеспечивается, как правило, выполнением конструктивных требований при назначении их размеров.

Рис.2 Конструктивная схема моста с жёстким фундаментом мелкого заложения под промежуточную опору

на суходоле; NL – отметка поверхности природного рельефа; L– расчётныйпролет.

Рис.3. Конструктивная схема моста с фундаментом глубокого заложения (свайным) с низким жёстким

ростверком под промежуточную опору на суходоле: NL – отметка поверхности природного рельефа;

L– расчётный пролёт.

В общем случае на фундамент промежуточной опоры моста действуют, в различных сочетаниях, 18 нагрузок и воздействий. Эти нагрузки можно привести к двум усилиям приложенных в центре тяжести площади подошвы фундамента:

- вертикальному расчетному усилию N, определяемому как сумму всех вертикальных нагрузок, кН:

N=F_d+F_t+G_oп+G_ф,

- расчетному моменту М относительно оси х-х от горизонтальной нагрузки Т, кН*м:

М=Т·(h_оп+h_ф),

F_d=g_f·F_dⁿ;

F_t=g_f·(1+k)·F_tⁿ;

T=g_f(1+k)·Tⁿ;

F_dⁿ=q_d^n·L;

F_tⁿ=q_tⁿ·L.

где

g_f –коэффициент надёжности по нагрузке для постоянных нагрузок от собственного веса пролётных строений – 1,1;

g_f –коэффициент надёжности по нагрузке для временных вертикальных нагрузок от подвижного состава –1,18;

(1 + m) –динамический коэффициент, к нагрузкам от подвижного состава, принимаемый равным: , по первой группе предельных состояний; по второй группе (1+m)= 1;

Тⁿ - расчётная горизонтальная продольная нагрузка от торможения;

L – расчётный пролёт моста, м.

Вертикальная расчетная нагрузка от подвижного состава:

F_tⁿ=255·27=6885 (кН),

F_t=1,18·1,21·6885=9865,22 (кН).

Вертикальная расчетная нагрузка от собственного веса конструкций:

F_dⁿ=110·27=2970 (кН),

F_d=1,1·2970=3267 (кН).

Расчетная нагрузка от собственного веса опоры:

G_оп=1,1·6,83·8,8·22=1454,83 (кН)

где

g_f – коэффициент надёжности по нагрузке, принимаемый равным 1,1;

А_оп – площадь поперечного сечения опоры, м²;

h_оп. – высота опоры, м;

- удельный вес материала опоры .

Расчетная нагрузка от собственного веса фундамента с учетом веса грунта обратной засыпки (на водотоке – вес грунта и воды):

G_ф. = g_срg_fbld - g_wh_w;

G_ф=1,2·22,8·5,0·12,6·2,4 - 10·1,9=4134,06 (кН)

где

g_f – коэффициент надёжности по нагрузке, принимаемый равным 1,2;

g_ср – средний удельный вес материала фундамента и грунта на его уступах, принимаемый равным 22,8 кН/м³.

g_w – удельный вес воды, равный 10 кН/м³;

h_w – расстояние от уровня межевых или подземных вод до подошвы фундамента или верхней границы несущего слоя грунта, если он сложен суглинками и глинами.

Определяются размеры подошвы фундамента при a = 30, т.е. наибольшие:

;

. ,

где

В и D – ширина и длина фундамента в уровне обреза, принимаемые по заданию.

Горизонтальная нагрузка:

T=g_f(1+k)·Tⁿ;

T=1,12·1,21·315=428,4 (кН)

Таким образом, расчетные усилия, действующие в уровне подошвы жёсткого фундамента мелкого заложения, следует определять по формулам:

- для расчета по первой группе предельных состояний:

при расчете по несущей способности основания

кН;

М=1,12·(1+k)·Тⁿ ·(h_оп+h_ф)=4541,04 кН·м.

при расчете по устойчивости фундамента против опрокидывания

N=0,9·q_d^n·L+1,18·(1+k)· q_t^n·L +0,9·22·А_{оп ·}h_оп +0,9· 22,8·bld - g_wh_w =16824,33кН;

М=1,12·(1+k)·Тⁿ ·(h_оп+h_ф)=4541,04 кН·м.

- для расчета по второй группе предельных состояний:

N=1,0·q_d^n·L+1,0·(1+k)· q_t^n·L +1,0·22·А_{оп ·}h_оп +1,0· 22,8·bld - g_wh_w=14619,45 кН;

М=1,0·(1+k)·Тⁿ ·(h_оп+h_ф)=3339,00 кН·м.