Проектирование основания и фундамента мелкого заложения подпорной стенки

     Определяем  коэффициенты напорного (активного) и  пассивного давлений и при и :

      

       ;

      

     

     Распределенную  нагрузку интенсивностью на поверхности грунта заменяем эквивалентным слоем грунта высотой

     

     Интенсивность напора, вызванная пригрузкой поверхности грунта, постоянна но глубине. Тогда эпюра этого напора (напряжения) будет выражаться прямоугольником, а равнодействующая Е_q (сила) приложена в его центре

     

     Величину  активного давления двухслойного грунта Е_а ввиду сложной конфигурации эпюры представим в виде трех площадей: двух треугольников 1 и 3 и прямоугольника 2 (см. рис. 2, эпюры справа).

     Равнодействующая  напора грунта Е_а.1, расположенного выше ГГВ (распределяемого по глубине в виде треугольника 1), равна

     

     Равнодействующая  напора грунта Е_а.₂ прямоугольной эпюры 2 равна (основание треугольника 1, умноженное на высоту прямоугольника 2)

      

     Величина активного давления взвешенного в воде грунта (ниже ГГВ), выражаемая треугольной эпюрой 3, будет

     

     Сила  гидростатического давления воды равна

     

     то  же,

     

     Пассивное давление грунта дна реки равно

     

2.3. Расчет параметров  совместной работы  стенки и грунта основания

     Надежность  совместной работы подпорной стенки на фундаментной плите заданных размеров и грунтового основания проверяется расчетом по двум группам предельных состояний: по - по предельным деформациям: средней осадке, крену и горизонтальному перемещению; по I^й группе - по устойчивости положения (плоскому сдвигу по подошве сооружения и опрокидыванию вокруг нижнего ребра левого выноса фундамента - точка О, рис 2). 
 

2.3.1. Проверка  достаточности ширины подошвы  фундамента по расчетному давлению на грунт основания

     Так как фундаментная плита подпорной  стенки работает как внецентренно нагруженный фундамент, необходимо удовлетворение критериального условия (формула 68, с. 127 [1]):

       при выполнении так же условия > О и

     

     где и - соответственно, максимальное и минимальное краевые напряжения от вертикальных нагрузок и моментов относительно центра тяжести подошвы фундамента. Их подсчитывают по формуле 67, с. 126 [1]:

        

     где и - соответственно, площадь и момент сопротивления подошвы фундамента; - расчетное сопротивление грунта основания

     Суммарная нормативная вертикальная нагрузка состоит

из:

 

     Момент  сопротивления прямоугольной подошвы  фундамента ( п.м.) в направлении действия момента

     

     Краевые контактные давления по подошве фундамента:

 

 что ˃0 (условие выполняется).

     Расчетное сопротивление песчаного основания ( ) определяется по формуле 58, с. 110 [1]

      ,

(последний  член формулы 58 с минусом не  учитывается так как сооружение не имеет подвала),

     где т₁ и т₂ - коэффициенты условий работы соответственно грунтового основания и сооружения, которые приводятся в табл.43 (с. 111) [1]; К_н - коэффициент надежности по грунту, К_н=1,1 - если грунтовые характеристики определены по табличным значениям; А, В, D - безразмерные коэффициенты, принимаемые по табл. 44 (с. 112) [1] в зависимости от расчетного значения ; и - ширина, и глубина заложения фундамента; и - расчетная плотность грунта с учетом

взвешивающего действия воды , залегающего соответственно ниже и выше (обратная засыпка котлована грунтом с плотностью, не менее природной) подошвы фундамента.

      (для песков нылеиатых водонасыщенных); для погонных сооружений;

     для по табл. 44 ; ; , тогда

     

     Анализируя  упомянутое выше критериальное условие , т.е. , можно констатировать, что назначенная ширина фундамента вполне удовлетворяет этому условию.

2.3.2. Определение природных (бытовых) напряжений

     Величины устанавливают для возможности подсчета осадок основания в качестве 'исходного (до начала возведения сооружения) напряженного состояния массива грунта по глубине расчетной вертикали.

    Природное давление подсчитывают, начиная с  отметки поверхности земли (в данном случае - от поверхности дна реки) Нормальное по горизонтальным площадкам от собственного веса грунта (плотность грунта , умноженная на ) на глубину , расположения расчетной точки от поверхности природного рельефа (формула 38, с. 54[1]).

    

    Эпюра по глубине для однородного грунта представляет треугольник; для неоднородного (например, слоистого с разными   или при разделении слоя горизонтом ГГВ, когда ниже его плотность грунта принимают с учетом взвешивания в воде ) - ломаную линию с переломами на контактах таких слоев. Величины на глубине , где - мощность следующего по глубине расчетного  слоя грунта,  подсчитывается послойным суммированием предыдущего значения с величиной .

    В случае водонасыщенного грунта, подстилаемого  водоупором, на уровне кровли последнего эпюра будет иметь резкий скачок ординаты (горизонтальный участок) из-за действия на кровлю водоупора полного веса водонасыщенного грунта (см. рис. 12, в, с. 55 [1]), без учета взвешивания.

    В качестве природного давления следует  учитывать и гидростатическое давление на дно реки от постоянно протекающей воды, уплотнение грунта от которого давно закончилось (т.е. гидростатика входит в исходное напряженное состояние, см. эпюру на рис. 12, г, с. 55 [1]).

    Итак,  ординаты эпюр  природного давления на разных отметках (от поверхности дна реки) будут равны:

- на  отметке (дно реки) - гидростатическое давление воды

где - глубина воды в реке;

- на отметке подошвы заложения фундамента :

    - на отметке кровли водоупорной глины будет горизонтальный скачок эпюры - две точки ординат: первая - природное давление с учетом взвешивания песчаного грунта ,

вторая - без учета взвешивания .

Мощность  песка под фундаментом:

т.е.

    Ограничимся определением до глубины , т.е. расчетная толща глинистого слоя :

      

    Эпюра строится на инженерно - геологическом разрезе (с нанесенным фундаментом строения) от уровня дна реки слева от вертикальной оси, проходящей через центр тяжести подошвы. Для возможности последующего графического определения мощности сжимаемой толщи под фундаментом строится справа дополнительная эпюра с ординатами (см. эпюры на рис. 3). 
 
 

Заключение

     Если  для заданной подпорной стенки фундаментная плита принятых размеров по технико-экономическим соображениям нецелесообразна (сооружение имеет излишне большие запасы надежности как по расчетам на предельные деформации, так и на устойчивость). То ширина фундамента  может быть уменьшена. Оптимальный размер определяют либо вариационными расчетами (подбором), либо с помощью ЭВМ по специально составленным программам, или следующим графоаналитическим приемом.

     Так как основным расчетным условием является удовлетворение критериального выражения Р_тах<1,2R ( с дальнейшей проверкой также условий и >   ), то его прежде всего и стремятся достигнуть. Эту задачу удобнее всего реализовать, решая относительно графическим способом системы двух уравнений:

     

     

     Для этого графические выражения  этих уравнений (для второго берут величину ) накладываются в виде двух линий на общем графике и по точке их пересечения определяется искомая ширина , при которой удовлетворяется упомянутое расчетное условие (см. рис. 4). 
 
 
 
 
 
 
 

Библиографический список

1. Фролов Н.Н. Проектирование оснований и фундаментов сооружений гидромелиоративных систем. М..: Колос, 1983, 272 с.
2. Основания  здании   и   сооружений.   М.: Госстрой, 1984.
3. Нагрузки и воздействия. М.: Госстрой, 1987.
4. Основания гидротехнических сооружений. М.: Госстрой, 1988.
5. Силкин А.М., Фролов Н.Н. Основания и фундаменты. М.: Агропромиздат, 1987, 285 с.