Расчет фундамента мелкого заложения

1. Расчет фундамента мелкого заложения.

1.1Исходные данные.

 

Длина наименьшего  примыкающего к опоре пролета  L=12м., высота всей опоры (от обреза фундамента) Ho=6м. Размеры сечений опоры bo x lo = 2,1 x 6,5

Физико-механические характеристики слоев грунта указанных на рисунке 1, представлены в таблице  1.1

Табл. 1.1 Расчетные характеристики грунтов строительной площадки

NN слоя	Наимено- вание грунта	Мощность слоя, м	ρ3 ,	ρs3,	W	e	Wp	Wl	E мПа	Ср мПа	ᵩ град.
1	Песок средней крупности	3,8	2,0	2,65	0,21	0,58	-	-	30,0	0,001	36
2	Песок мелкий	2,1	1,95	2,64	0,26	0,70	-	-	24,0	0,002	32
3	Суглинок	3,0	2,05	2,70	0,25	0,64	0,20	0,35	20,0	0,025	20
4	Глина	10,2	2,01	2,75	0,28	0,75	0,26	0,57	26,0	0,056	18
5	Мергель	большая

 

Основания и  фундаменты рассчитываются на основные, дополнительные и особые сочетания  нагрузок, действующие как вдоль  так и поперек оси моста, составляются на основе раздела 2 СНиП 2.05.03-84. При  реальном проектировании невыгодных сочетаний  нагрузок используются соответствующие  коэффициенты сочетаний  и коэффициенты надежности по нагрузке . В Табл. 1.2 приведены конечные результаты определения сочетаний нагрузок в обрезе фундамента для расчета по первой и по второй группам предельных состояний. В таблице представлены два сочетания нагрузок вертикальных сил, горизонтальных сил и моментов, причем горизонтальные силы и моменты действуют вдоль оси моста в сторону большего пролета.

Табл. 1.2 Нагрузки в обрезе фундамента.

Наименование сочетаний усилий	Значения нагрузок для расчетов
	По прочности			По деформациям
	, кН	, кН	,кН/м	, кН	, кН	,кН/м
пост.	3175	-	301	2270	-	272
времен.	867	173	1100	751	139	887

 

• 1.2Анализ инженерно-геологических условий строительной площадки.

 

Анализ инженерно-геологических  условий площадки включает в себя установление полного наименования грунтов различных слоев, определение  расчетных сопротивлений и оценку строительных свойств грунтов.

В частности, необходимо определить:

• Для песчаных грунтов

Степень влажности , где

• =1 т/м³ - плотность воды;
• W – влажность грунта;
• - плотность частиц грунта;
• е – пористость грунта.

 

Условное сопротивление .

 

• Для пылевато-глинистых грунтов (супесей, суглинков, глин)
• Показатель текучести , где

 - влажность грунта;

 - нижний предел пластичности;

 - верхний предел пластичности;

Значение условного сопротивления  грунта .

 

В данном примере грунты представлены следующими напластованиями:

 

 

 

Слой1-песок средней крупности:

- насыщен водой

Так как 0,55< е=0,58 < 0,70 - песок средней плотности

Ro=400 кПа.

Слой2-песок мелкий:

- насыщен водой 

Так как 0,6< е=0,70 < 0,75 - песок средней плотности

Ro=200кПа.

 

Слой3-суглинок:

   0.25 =0.33≤0.50- суглинок тугопластичный

Определяем  Ro для е=0.64

Ro=255,43кПа

Слой4-глина:

    0≤ =0,06≤0.25- полутвердый

Определяем  Ro для е=0.75

Ro=342,5кПа

 

По найденным  значениям  строим график зависимости расчетных сопротивлений грунта от глубины.

 

 

Рисунок

1.3Выбор глубины заложения фундамента.

Глубина заложения  фундамента определяется исходя из условий  промерзания, размыва, глубины залегания  достаточно надежных грунтов, конструктивных особенностей подземных конструкций  и др. В рассматриваемом примере  для промежуточной опоры, возводимой в русле реки, определяющими являются следующие условия:

1. При возможности размыва грунта фундаменты мостовых опор должны быть заглублены не менее чем на 2.5 м ниже дна водостока после его размыва расчетным расходом;
2. Фундаменты должны быть заглублены не менее чем на 0.5 м в достаточно надежный грунт. В качестве такового при выполнении расчетов может быть принят наиболее близкий к поверхности слой грунта, для которого даны значения .

При проектировании фундаментов мелкого заложения  его заглубление определяется от расчетной поверхности, за которую  для опор в русле рек принимается  поверхность грунта после понижения  его уровня на глубину общего и  половину местного размыва.

Отметка подошвы F₁=-6,2 , высота фундамента hf=6,2 м.Опорным слоем является песок мелкий.

R₀=200кПа.

 

 1.4Определение размеров подошвы фундамента.

 

Размеры обреза фундамента в плане принимают  больше над фундаментной части опоры на величину С=0,15-0,5 м в каждую сторону для компенсации возможных отклонений положения и размеров фундамента при разбивке осей и производстве работ.

В случае устройства фундамента с вертикальными гранями без  уступов его минимальная площадь (С=0,25м).

Максимальная площадь  подошвы фундамента при его найденной  высоте определяется исходя из условия  обеспечения жесткого фундамента. Максимальная площадь фундамента: =

В первом приближении площадь  подошвы фундамента определяем по формуле:

 =867кН – сумма расчетных вертикальных сил по обрезу фундамента.

=200кПа – расчетное сопротивление  грунта опорного слоя, т.к. подошва  фундамента расположена 

  во втором слое, то берем расчетное сопротивление мелкого песка.

=12кН/м³ – средний удельный вес кладки фундамента и грунта на его уступах.

Если полученная площадь  , за расчетную площадь принимается и фундамент устраивается с вертикальными гранями без уступов.

Если получается то необходимо увеличить глубину заложения до удовлетворения условия .

Если  , то необходимо развитие площадки за счет уширения вдоль оси моста, либо вдоль и поперек оси моста. Во всех случаях назначенные размеры подошвы фундамента ширина b и длина L должны удовлетворять условиям ; . Размеры подошвы монолитных массивных фундаментов рекомендуется назначать кратными 100 мм.

Так как, то принимаем А=18,2 =20

A=b*l=2,7*7,5=20,25

Определим расчетное сопротивление  основания:

R = 1,7 {R₀ [1 + k₁ (b - 2)] + k₂ g (d - 3)}

R₀ = 200кПа — условное сопротивление грунта, кПа (тс/м²), в котором расположена подошва фундамента;

b = 2,7 м — ширина (меньшая сторона или диаметр) подошвы фундамента, м; при ширине более 6 м принимается b = 6 м;

d = 4,3м — глубина заложения фундамента, м;

g = 19,62 кН/м³ - осредненное по слоям расчетное значение удельного веса грунта, расположенного выше подошвы фундамента, вычисленное без учета взвешивающего действия воды; допускается принимать g = 19,62 кН/м³ (2 тс/м³);

k₁ =  0,08, k₂ = 2,5

Среднее давление под подошвой фундамента

=2,7*7,5*6,2*12=1506,6кН

,  где

- коэффициент надежности по  нагрузке;

b – ширина подошвы фундамента;

l – длина подошвы фундамента;

- высота фундамента;

 – средний удельный вес  кладки фундамента и грунта  на его уступах;

Максимальное давление под  подошвой фундамента

где - момент сопротивления подошвы.

- момент относительно главных  центральных осей в плоскости  фундамента.

Если какое-либо из значений и не удовлетворяют условиям прочности, то размеры подошвы увеличивают. Если значения и удовлетворяют условиям прочности, но значительно меньше их правой части, то это означает, что принятые размеры подошвы завышены. В этом случае необходимо уменьшить размеры подошвы. Размеры подошвы на данном этапе проектирования считаются оптимальными, если хотя бы одно из условий выполняется с точностью -10% (недогруз)  +5% (перегруз). При этом другое условие может выполняться с запасом более чем 10%.

Выполняем проверку:

- условие выполняется

 400,66- условие выполняется.

На данном этапе проектирования размеры подошвы являются оптимальными.

1.5Проверка положения равнодействующей.

 

Для оснований  из нескальных грунтов под фундаментами мелкого заложения, рассчитываемыми  без учета заделки в грунт, положение равнодействующей нагрузок (по отношению к центру тяжести  площади подошвы фундамента), характеризуемое  относительным эксцентриситетом , должно быть ограничено значениями . Эта проверка относится к расчетам по деформациям, поэтому нагрузки, вычисленные при , берем с индексом 1.1.

Эксцентриситет  и радиус ядра сечения r определяются по формулам:

;

, где

;

,

Табл. 1.2.

Сочетание нагрузок	, кН	, кН*м	, м	r, м		max
Пост	2270 +1506,6 =3776,6	272 +0*6,2 =272	0,072	1,25	0,057	0,1
Времен	751     +1506,6     =2257,6	887 +139*6,2 =1748,8	0,774	1,25	0,619	1,0

 

max

Оба условия выполняются.

1.6Проверка устойчивости положения фундамента.

 

Конструкции на опрокидывание  рассчитываются по формуле:

, где

=0,8 - коэффициент условий работы

=1,1 - коэффициент надежности по  назначению здания

- момент опрокидывающих сил  относительно оси возможного  поворота конструкции.

- момент удерживающих сил  относительно оси возможного  поворота конструкции.

  - условие выполняется.

Устойчивость конструкций  против сдвига рассчитывается по формуле:

, где

- вертикальная сила от временных  нагрузок.

- удерживающая сила, равная сумме  проекций удерживающих сил на  направление возможного сдвига.

здесь коэффициент трения кладки по грунту;

- значение постоянной вертикальной  силы.

- значение временной вертикальной  силы.

=0,9 - коэффициент условий работы;

=1,1 - коэффициент надежности по  назначению здания;

- условие выполняется.

Обе проверки выполняются, фундамент  находится в устойчивом состоянии.

1.7Расчет осадки основания фундамента.

 

Осадка основания  S от действия постоянных нагрузок, вычисленных при , методом послойного суммирования, определяется по формуле:

, где

  - безразмерный коэффициент, равный 0,8;

- среднее значение дополнительного  вертикального напряжения в i-том слое грунта, кПа;

 и  - соответственно толщина (м) и модуль деформации (кПа) i-того слоя грунта;

n – число слоев, на которые разбита сжимаемая толща основания.

Вычисление  осадки производится в следующей  последовательности. Вычерчивается  геологический разрез площадки и  схема фундамента. При этом размыв грунта у опоры не учитывается. Основание  ниже подошвы фундамента разбивается  на слои толщиной (где - ширина подошвы фундамента). В пределах каждого слоя грунт должен быть однородным по сжимаемости. Этого можно достичь делением основания на слои толщиной с последующей дополнительной разбивкой на две части слоев, в которые попали два вида грунта.

 Разбиваем основание  на элементарные слои hi=0.4b=0.4*2,7=1,08 м.

На границе  каждого элементарного слоя определяем напряжения от собственного веса грунта: , где

- напряжения от собственного  веса грунта на уровне подошвы  фундамента, кПа;

- удельный вес грунта, расположенного  выше подошвы фундамента, кН/м³ (если выше подошвы фундамента расположено несколько слоев грунта, то определяют их средний удельный вес);