Глава 3. Детальний розрахунок фундаменту

3.1. Конструювання пальового фундаменту

Виходячи з ґрунтових умов, беруть забивні палі перетином 30х30см, довжиною 15 м. Призначається проектна відмітка низу (підошви) паль –97.37 м, оскільки під палями піски , значить -. палі висячі.

Несучу здатність висячої забивної палі, працюючої на стискаюче навантаження, визначають як суму сил, які сприймає основа під підошвою та на її боковій поверхні, кН;

де γ_С = 1 - коефіцієнт умов праці; γ_CR, - коефіцієнт умов праці груніу відповідно під нижнім кінцем і на боковій поверхні палі, який враховує вплив способу занурення палі на розрахунковий опір грунту; R - розрахунковий опір грунту під нижнім кінцем палі, кПа; A - площа спирання палі на грунт, яка , дорівнює площі перетину палі, м.

При глибині занурення нижнього кінця палі від рівня розрахункового розмиву (РРР) грунту на 15 м

R = 4320 кПа,

h₁= 2 м l₁ = 1.0 м ₁ = 15 кПа

h₂= 2 м l₂ = 3,0 м ₂ = 25 кПа

h₃= 2 м l₃ = 5,0 м ₃ = 56 кПа

h₄= 2 м l₄ = 7.0 м ₄ = 60 кПа

h₅= 2 м l₅ = 9.0 м ₅ = 63,5 кПа

h₆= 2 м l₆ = 11.0 м ₆ = 66,4 кПа

h₇= 2 м l₇ = 13.0 м ₇ = 69,2 кПа

γ_CR = 1,0

Таким чином,

F_d = 1,0 ( 1,0  4320  0,09 +1,2 12 (15+25+56+60+63,5+66,4+69.2) = =1241.04 кН

Потрібна кількість паль у фундаменті

= 2 5585.36 /1040.54 =15.75

де N = 9152.54 кН - найбільше вертикальне зусилля, діюче на ОФ, сполучення.

Беремо 16 паль, з них по фасаду мосту n_В = 2, а впоперек осі

= 8

Розміри ростверка визначаються як кількістю обєднуваних ним паль, так і розмірами опори над ОФ. Тому розмір упоперек осі мосту буде

а = а_ОП + 2 · 0,5 = (6-1)·1,05+0,35 + 2 · 1 = 9 м

Товщина ростверка

в = 6·0,35+0,35+2·0,25=2,6 м

Таким чином, сконструйовано пальовий фундамент. Щоб перейти до його розрахунку, необхідно скласти сполучення зусиль, діючих на підошву ростверка, в яких буде врахована його власна вага і збільшення на 2 м плеча прикладання всіх горизонтальних сил.

Власна вага ростверка:

G_P,n =2.6 2–0.7∙0.9 9 2,5 9,81=1008.7кН

Сила гідростатичного тиску на ростверк

P_ГС,n =- 2,6 2–0.7∙0,9 9 1,0 9,81=--403.48кН

Сполучення 2 (уздовж мосту) зусиль, які діють на підошву ростверка

η =1,0-коефіцієнт сполучення до ваги ростверка; для розрахунків за ІІ групою граничних станів (γ_f =1,0)

N_P = N + G_P,n - P_ГС,n =6691.29+1008.7—403.48=7296.51кН

F_P = F =148.72 кН

M_P = M + F · h_P =1432.5+148.72∙2.0=1729.94кН м

для розрахунків за І групою граничних станів (γ_f = 1,1)

N_P = N + (G_P,n - P_ГС,n) γ_f =8619.7+(1008.7- 403.48)∙1.1=9285.44kН

F_P = F = 185.73 кН

M_P = M + F · h_P =1759.4+185.73∙2.0=2130.86кН м

Розрахунки пальового фундаменту

Власна вага палі розраховується за формулою з урахуванням гідростатичного тиску і γ_f

G = γ_f · A · L · 9,81 (ρ_ЗБ - ρ_В) = 1,1 · 0,1225 · 14 · (2,5 - 1) 9,81 = 20,56 кН

де L - довжина палі від низу ростверка до підошви;

N_d = N_P = 9285.44 кН (сполучення 2, розрахунок за I групою граничних станів) n = 16 шт.; F_y = F_P =185.73 кН; M_X = M_P =2130.86 кН · м; L_O= 3,59 м

L_м =3.59+ 6 0,3 = 5.39 м; y = 0,9 м.

N^I=783.643кН

N_доп = 1241,04/1,55=800,67 кН

Умова міцності по грунту виконується, отже, розміри фундаменту призначені правильно.

Палі фундаменту взято з важкого бетону (ВЗО). Модуль пружності бетону Е_В = 32,5 · 10³ МПа. Площа й момент інерції перетину палі

А = 0,30² = 0,09 м²; J=0.3⁴ /16 =5.063 10^-4 м⁴

Жорсткість перетину палі:

при стисканні Е_В · А = 0,8 · 3,25 · 10⁷ · 0,09 = 3,43 · 10⁶ кН

при згинанні Е_В · J = 0,8 · 3,25 · 10⁷ · 0,9 · 10^-2 = 3,5 · 10⁵ кН

тут 0,8 - коефіцієнт, з допомогою якого враховуються тріщини в розтягненій зоні й пластичні деформації в стисненій зоні перетину. За довжиною палі розміщені в двох шарах ґрунту. Для визначення коефіцієнта К з формули спочатку обчислюють глибину h_К:

h_К = 3,5 · d + 1,5 = 3,5 ·0,35 + 1,5 = 2,72 м.

У межах глибини h_К = 2,55 м від РРР залягає один шар грунту – пісок мілкий для нього К = 12000 кМ / м⁴; В_Р = 1,5 · 0,3 + 0,5 = 0.95 м - розрахункова ширина палі, γ_С = 3

Коефіцієнт деформації палі в грунті

Зведена глибина закладання палі в грунті

L^I = α_E · L = 0,738 14 =10.332 м.

Безрозмірні коефіцієнти, які залежать від /див. дов. З, табл.Д.З.а/,

А_О = 2,441 В_О = 1,621 С_О = 1,751

Переміщення палі (з вільним верхнім кінцем) у рівні розрахункової поверхні грунту (РРР) від одиничних сил F і M визначаються за формулами:

= 3.49 10^-4 м/кН

= 1.71 · 10^-4 м/кН

= 1.36· 10^-4 м/кН

у рівні підошви ростверка визначаються за формулами:

= 3.88· 10^-4 м/кН

= 1.42 · 10^-4 м/кН

= 1.86 · 10^-4 м/кН

Довжина стискання палі

= 13.31 м

Характеристики опору палі визначаються за формулами:

= 1.758 · 10⁵ кН/м

= 6.927∙10³ кН/м

= 9.073³ кН/м

=18.927· 10³ кН/м

Коефіцієнти канонічних рівнянь визначаються за формулами:

= 11.08⁴ кН/м

= - 14.52 · 10⁴ кН/м

= 28.13 · 10⁵ кН/м

= 258.12 · 10⁴ кН/м

Переміщення центра ваги підсміви ростверка визначаються за формулами:

α = (τ_ββ · F_P - τ_αβ · M_P) · Δ = 25.72∙10⁴ м

C = N_P / τ_cc = 33.01· 10^-4 м

β = (τ_αα · M_P - τ_αβ · F_P) · Δ = 0.016 рад

= 8.58 · 10^-4

Найбільша вертикальна сила, яка передається на голову палі визначаються за формулою:

N^I = ρ₁ (C + X_MAX β) = 716.07 кН