Фундамент под промежуточную опору моста
Оценка конструктивной характеристики сооружения
В данной контрольной работе необходимо
рассчитать и запроектировать фундамент под промежуточную опору моста. При этом
разрабатываются два фундамента: на естественном основании (мелкого заложения) и
свайный фундамент.
Промежуточная опора моста имеет:
бескаркасную конструкцию;
прямоугольную форму в плане;
абсолютную жесткость
Исходные данные:
Номер геологического разреза: 4;
Расчетный пролет, lp = 26 м;
Высота опоры, ho = 8,4 м;
Вес опоры, Po = 5,60 МН;
Вес пролетных строений, Pn =1,41 МН;
Сила воздействия от временной вертикальной
подвижной нагрузки, PK =6,30 МН;
Горизонтальная тормозная сила, T =0,63 МН;
Коэффициент надежности временной подвижной
нагрузки, γf =1,11 МН;
Район строительства, Тюмень;
Размеры опоры по низу, 1,8*4,2.
Данные о грунтах:
|
Номер слоя
|
1
|
2
|
3
|
4
|
|
Вид грунта
|
Песок мелкий
|
Суглинок
|
Глина
|
Песок мелкий
|
|
Глубина подошвы слоя от
поверхности
|
1,8
|
3,4
|
4,8
|
-
|
|
Мощность слоя
|
1,8
|
1,6
|
1,4
|
-
|
|
Абсолютная отметка подошвы слоя
|
120,6
|
119,0
|
117,6
|
-
|
|
Уровень подземных вод от
поверхности
|
121,4
|
|
Удельный вес твердых частиц грунта,
γs, кН/м3
|
26,4
|
27,0
|
27,0
|
26,5
|
|
Удельный вес грунта,
γ, кН/м3
|
19,4
|
20,1
|
20,8
|
19,1
|
|
Природная влажность
|
0,27
|
0,30
|
0,32
|
0,13
|
|
Граница текучести
|
-
|
0,33
|
0,43
|
-
|
|
Граница раскатывания
|
-
|
0,18
|
0,22
|
-
|
|
Удельное сцепление
|
4
|
20
|
55
|
-
|
|
Угол внутреннего трения
|
32
|
19
|
17
|
33
|
|
Модуль деформации
|
23
|
15
|
20
|
28
|
Отметка поверхности природного рельефа 122,4 м
Оценка инженерно-геологических и
гидрогеологических условий строительной площадки.
|
Показатель
|
Обозначение
|
Единицы измерения
|
№ геологического слоя
|
Расчетная формула
|
|
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
|
|
Удельный вес твердых частиц грунта
|
γs
|
кН/м3
|
26,4
|
27,0
|
27,0
|
26,5
|
|
|
Удельный вес грунта
|
γ
|
кН/м3
|
19,4
|
20,1
|
20,8
|
19,1
|
|
|
Природная влажность
|
ω
|
|
0,27
|
0,30
|
0,32
|
0,13
|
|
|
Удельный вес скелета грунта
|
γd
|
кН/м3
|
15,28
|
15,46
|
15,76
|
16,90
|
|
|
Коэффициент пористости
|
e
|
|
0,73
|
0,75
|
0,71
|
0,57
|
|
|
Удельный вес во взвешенном
состоянии
|
|
кН/м3
|
9,49
|
9,74
|
9,92
|
10,52
|
|
|
Степень влажности
|
|
|
0,01
|
0,011
|
0,012
|
0,006
|
|
|
Граница раскатывания
|
|
|
-
|
0,18
|
0,22
|
-
|
|
|
Граница текучести
|
|
|
-
|
0,33
|
0,43
|
-
|
|
|
Число пластичности
|
|
|
-
|
0,15
|
0,21
|
-
|
|
|
Показатель текучести
|
|
|
-
|
0.8
|
0.48
|
-
|
|
|
Модуль деформации
|
E
|
МПа
|
23
|
15
|
20
|
28
|
|
|
Угол внутреннего трения
|
φ
|
|
32
|
19
|
17
|
33
|
|
|
Сцепление
|
c
|
кПа
|
4
|
20
|
55
|
-
|
|
|
Наименование грунтов:
|
Песчаных
|
Песок мелкий: средней плотности,
маловлажные
|
|
Глинистых
|
Суглинок: текучепластичный Глина:
тугопластичная
|
Проектирование фундамента мелкого заложения на
естественном основании
Определение глубины заложения фундаментов с
предварительной оценкой минимальной глубины заложения.
Глубина заложения фундамента должна определяться
с учетом:
Назначения и конструктивных особенностей
проектируемого сооружения;
Величины и характера нагрузок, воздействующих на
основание;
Инженерно-геологических условий площадки
строительства (физико-механические свойства грунтов, характер напластований);
Гидрогеологических условий площадки и возможных
их изменений в процессе строительства и эксплуатации сооружений;
Глубины сезонного промерзания грунтов.
Нормативная глубина сезонного промерзания
грунта, если она не более 2,5 м. определяется по формуле:
где: 
-
коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных
отрицательных температур за зиму в данном районе;
(Тюмень)
- глубина
промерзания, принимаемая равной:
,23 м для суглинков и глин;
,28 м для супесей, песков мелких и пылеватых.
м.
Расчетная глубина сезонного промерзания
определяется по формуле:
где: 
=1,1
- коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения, принимаемый для
наружных и внутренних фундаментов неотапливаемых сооружений.
м.
В связи с тем, что слой суглинка имеет
показатель текучести 
= 0,8 что больше
допустимого значения то подошву фундамента нужно опирать на слой с более низким
показателем текучести. Глубину заложения фундамента принимаю равной: 
м.
Определение расчетного сопротивления грунта под
подошвой фундамента
Условная площадь фундамента
где: 
-
условное расчетное сопротивление грунта, кПа;
- усредненный
удельный вес материала фундамента и грунта, лежащего на уступах фундамента,
кН/м3;
- Временная
вертикальная подвижная нагрузка, кН;
- вес
опоры, кН;- глубина заложения фундамента, м.
Ширина
подошвы фундамента:
где
: η
- коэффициент
пропорциональности:
где:
l - длинна опоры, м;ширина опоры, м;
Длина
подошвы фундамента:
Принимаем:
l - 10 м., b - 4,3 м.
Фактическая
площадь:
Расчетное
сопротивление грунта основания
где: 
= 1,2 и 
= 1,1 -
коэффициенты условий работы;
- коэффициент, принимаемый равным
1, так как прочностные характеристики грунта (
и 
) определены непосредственными
испытаниями;
= 0,39 , 
= 2,57 , 
= 5,15 -
коэффициенты, принимаемые в зависимости от угла внутреннего трения;-
коэффициент, принимаемый равным 1 при b <
10м;
- ширина подошвы фундамента, 4.3 м;
- осреднённое расчётное значение
удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента, 10,28 кН/м3;
- то же, залегающих выше подошвы,
12,43 кН/м3;
- расчётное значение удельного
сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа;
- глубина заложения фундамента, 3.5
м;
- глубина подвала - расстояние от
уровня планировки до пола подвала, м.
Проверка несущей способности грунта
основания:
где: P - Давление под подошвой
фундамента;- Расчетное сопротивление;- Собственный вес опоры;
Объем фундамента:
кН/м
Вес фундамента:
Условие выполняется
Таким образом: 524,287 кН/м3 ≤ 653,083
кН/м3 Условие выполняется
Проверка прочности подстилающего слоя грунта:
Где: Е0, Еп - модуль деформации основания и
подстилающего слоя грунта:
т.е. 20 МПа < 28 МПа - неравенство
выполняется.
Определение осадки фундамента методом послойного
суммирования
Расчет грунтового основания по деформациям: S≤Su
Где: S - рассчитываемая осадка, м;- предельное
значение осадок фундамента, зависящее от конструктивной схемы.
Полная осадка грунтов основания определяется
методом послойного суммирования по формуле:
Где: 
=
0,8 - безразмерный коэффициент;
- среднее значение
дополнительного вертикального нормального напряжения в i-том слое грунта,
кН/м2;- толщина i-го элементарного слоя грунта;- Модуль деформации i-го слоя
грунта, кПа;- число элементарных слоев, шт.
Дополнительное вертикальное напряжение на
глубине z от поверхности:
Где: 
-
коэффициент, зависящий от формы фундамента, соотношения его сторон и
относительной глубины (табл.1 СНиП 2.02.01-83):
где: 
-
ширина фундамента, м;
- дополнительное
вертикальное давление на основание:
Дополнительное вертикальное давление на
плоскости подошвы фундамента:
где: P - среднее давление под подошвой
фундамента, кН/м2;
- удельный вес
грунта, лежащего выше подошвы фундамента, кН/м3;
- глубина
заложения фундамента, м.
Вертикальное напряжение от собственного веса
грунта на уровне подошвы фундамента:
фундамент основание
опора
Где:
- удельный вес
грунта, расположенный выше подошвы фундамента.
Нижнюю границу сжимаемой толщи основания
принимаем на глубине z=Hc, где выполняется условие: 
где:
- дополнительное
вертикальное напряжение;
- вертикальное
напряжение от собственного веса грунта.
|
ξ
|
 
|
|
 
|
 кН/м2
|
 
|
|
 м
|
|
0
|
0
|
1,000
|
20
|
43,514
|
355,067
|
0
|
0
|
|
0,6
|
1,30
|
0,953
|
20
|
56,436
|
338,379
|
346,723
|
0,018
|
|
0,8
|
1,72
|
0,875
|
28
|
60,850
|
310,684
|
324,531
|
0,004
|
|
1,2
|
2,58
|
0,736
|
28
|
69,889
|
261,329
|
286,006
|
0,007
|
|
1,6
|
3,44
|
0,608
|
28
|
78,927
|
238,605
|
0,006
|
|
2,0
|
4,30
|
0,497
|
28
|
87,966
|
176,468
|
196,175
|
0,005
|
|
2,4
|
5,16
|
0,414
|
28
|
97,005
|
146,998
|
161,733
|
0,004
|
|
2,8
|
6,02
|
0,344
|
28
|
106,043
|
122,143
|
134,570
|
0,003
|
|
3,2
|
6,88
|
0,289
|
28
|
115,082
|
102,614
|
112,379
|
0,003
|
|
3,6
|
7,74
|
0,245
|
28
|
124,120
|
86,991
|
94,803
|
0,002
|
|
4,0
|
8,60
|
0,210
|
28
|
133,159
|
74,564
|
80,778
|
0,002
|
|
4,4
|
9,46
|
0,181
|
28
|
142,198
|
64,267
|
69,416
|
0,002
|
|
4,8
|
10,32
|
0,157
|
28
|
151,236
|
55,746
|
60,006
|
0,001
|
|
5,2
|
11,18
|
0,138
|
28
|
160,275
|
48,999
|
52,372
|
0,001
|
|
5,6
|
12,04
|
0,121
|
28
|
169,313
|
42,963
|
45,981
|
0,001
|
|
6,0
|
12,90
|
0,107
|
28
|
178,352
|
37,992
|
40,478
|
0,001
|
|
6,4
|
13,76
|
0,096
|
28
|
187,391
|
34,086
|
36,039
|
0,001
|
|
Всего:
|
0,061
|
кПа
Условие выполняется.
Осадка фундамента мелкого заложения S = 6,1 cм,
что меньше предельно допустимого значения Su≤7,64 см.
Нижнюю границу сжимаемой толщи принимаем Hc =
13,237 м.
Проектирование свайного фундамента
Глубина котлована ранее принята 3,5 м. За
несущий слой принимаем четвертый слой, песок мелкий, т.к. его модуль деформации
имеет наибольшее значение Е = 28 МПа с заглублением в несущий слой не менее чем
на 1 м.
Так как при проектировании мостовых опор принято
использовать сваи длинной не менее 10 м. то, принимаем длину сваи: L = 13 м., и
d = 0,35 м. Марка сваи: C13-30
Расчет основания по несущей способности
Одиночную сваю в составе фундамента и вне его по
несущей способности грунтов основания следует рассчитывать исходя из условия:
где: 
-
расчетная нагрузка, передаваемая на сваи;
- несущая
способность сваи по прочности грунта основания;
- коэффициент
надежности, зависящий от способа определения несущей способности сваи,
принимаемый равным 1,4 - для расчетного метода;
- расчетная
нагрузка, допускаемая на сваю по несущей способности.
Определение несущей способности сваи:
где: 
-
коэффициент условия работы равный 1;
- Расчетное
сопротивление грунта под нижним концом сваи;
- площадь
поперечного сечения сваи;
- наружный
периметр поперечного сечения сваи.
- расчетное
сопротивление i-го слоя грунта основания по боковой поверхности сваи;
- толщина i-го
слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью;
,
- коэффициенты условий работы грунта под нижним концом и по боковой поверхности
сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи, на значения 
.
кН
Расчетная нагрузка, допускаемая на сваю равна:
кН
Среднее давление на основание под ростверком
составляет:
где: -
размер поперечного сечения сваи;
- Расчетное
сопротивление грунта под нижним концом сваи;
- площадь
поперечного сечения сваи.
кН
Площадь подошвы ростверка:
где: 
-
расчетная нагрузка по обрезу фундамента;
- средний удельный
вес материала фундамента и грунта;
- глубина
заложения ростверка;
- коэффициент
надежности по нагрузке.
м2
Ориентировочный расчетный вес ростверка:
кН
Количество свай в фундаменте
Принимаем количество свай 32 свай.
Проверка усилий, передаваемых на сваи:
Условие
выполняется.
Расчет осадки свайного фундамента
Среднее давление под подошвой фундамента
определяется по формуле:
где: 
-
расчетная нагрузка по обрезу фундамента;
- собственный вес
сваи;
кН
- Условная площадь
под подошвой фундамента. вычисляется как произведение а’ и в’ - Длинна и ширина
фундамента рассчитанная с учетом угла α,
,
где: 
-
средневзвешенный угол внутреннего трения: 
Определяем условные длинны и ширину:
м;
м.
Отсюда условная площадь:
м2
кН
Расчетное сопротивление грунта основания
где: = 1,3 и = 1,3 -
коэффициенты условий работы;
- коэффициент, принимаемый равным
1, так как прочностные характеристики грунта ( и ) определены непосредственными
испытаниями;
= 1,44 , = 6,76 , 
= 8,88 -
коэффициенты, принимаемые в зависимости от угла внутреннего трения;-
коэффициент, принимаемый равным 1 при b <
10м;
- ширина подошвы фундамента, 6,97
м;
- осреднённое расчётное значение
удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента, 10,52 кН/м3;
- то же, залегающих выше подошвы,
10,89 кН/м3;
- расчётное значение удельного
сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа;
- глубина заложения фундамента, 3.5
м;
- глубина подвала - расстояние от
уровня планировки до пола подвала, м.
условие выполняется.
Определение осадки фундамента
методом послойного суммирования
Расчет грунтового основания по
деформациям: S≤Su
Где: S - рассчитываемая осадка, м;-
предельное значение осадок фундамента, зависящее от конструктивной схемы.
Полная осадка грунтов основания
определяется методом послойного суммирования по формуле:
Где: = 0,8 - безразмерный коэффициент;
- среднее значение дополнительного
вертикального нормального напряжения в i-том слое грунта, кН/м2;- толщина i-го
элементарного слоя грунта;- Модуль деформации i-го слоя грунта, кПа;- число
элементарных слоев, шт.
Дополнительное вертикальное
напряжение на глубине z от поверхности:
Где: - коэффициент, зависящий от формы
фундамента, соотношения его сторон и относительной глубины (табл.1 СНиП
2.02.01-83):
где: - ширина фундамента, м;
- дополнительное вертикальное
давление на основание:
Дополнительное вертикальное давление
на плоскости подошвы фундамента:
где: P - среднее давление под
подошвой фундамента, кН/м2;
- удельный вес грунта, лежащего
выше подошвы фундамента, кН/м3;
- глубина заложения фундамента, м.
Вертикальное напряжение от
собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента:
Где:
- удельный вес
грунта, расположенный выше подошвы фундамента.
Нижнюю границу сжимаемой толщи основания
принимаем на глубине z=Hc, где выполняется условие:
где:
- дополнительное
вертикальное напряжение;
- вертикальное
напряжение от собственного веса грунта.
|
ξ
|
|
|
|
кН/м2
|
|
|
м
|
|
0
|
0
|
1,000
|
28
|
|
|
0
|
0
|
|
0.4
|
1,394
|
0,976
|
28
|
186.361
|
186.859
|
189.157
|
0.008
|
|
0,8
|
2.788
|
0,875
|
28
|
201.026
|
167.522
|
177,191
|
0.007
|
|
1,2
|
4,182
|
0,736
|
28
|
215.691
|
140.910
|
154,216
|
0,006
|
|
1,6
|
5,576
|
0,608
|
28
|
230.356
|
116.404
|
128,657
|
0,005
|
|
2,0
|
6,97
|
0,497
|
28
|
245.020
|
95.152
|
105,778
|
0,004
|
|
2,4
|
8,364
|
0,414
|
28
|
259.685
|
79.262
|
87,207
|
0,003
|
|
2,8
|
9,758
|
0,344
|
28
|
274.350
|
65.860
|
72,561
|
0,003
|
|
3,2
|
11,152
|
0,289
|
28
|
289.015
|
55.330
|
60,595
|
0,002
|
|
|
|
|
|
|
Всего:
|
0,039
|
кПа
Условие выполняется.
Осадка фундамента мелкого заложения S = 3,9 cм,
что меньше предельно допустимого значения Su≤7,64 см.
Нижнюю границу сжимаемой толщи принимаем Hc =
10,881 м.
Список литературы
СНиП
2.02.01-83. Основания зданий и сооружений. - М.: Стройиздат, 1985.-40 с.
СНиП
2.02.03-84. Свайные фундаменты. - М.: Стройиздат, 1985.-45 с.
ГОСТ
25100-95. Грунты. Классификация. - М.: Стройиздат, 1989.
Механика
грунтов, основания и фундаменты: Учеб. пособие для строит. спец. вузов / С. Б.
Ухов, В. В. Семенов, В. В. Знаменский и др.; Под ред. С. Б. Ухова. - 2-е изд.,
перераб. и доп. - М.: Высш. шк.,2002. - 566с.: ил.
