Расчет фундамента мелкого заложения

- глубина заложения фундамента  от дна водостока, м;

 и  - соответственно удельный вес, кН/м³, и толщина, м, i-того слоя грунта.

Удельный  вес грунтов, кН/м³, залегающих ниже уровня подземных вод, но выше водоупора, должен приниматься с учетом взвешивающего действия воды и определяться по формуле

, где

- ускорение свободного падения,  принимаемое равным 10м/с²;

- плотность частиц грунта, т/м³ ;

- плотность воды, принимаемая  1т/м³;

- коэффициент пористости.

При определении  в водоупорном слое (в качестве водоупорного слоя принимается глина) следует рассматривать давление столба воды, расположенного выше рассматриваемой глубины. В этом случае, а также при отсутствии воды или ниже водоупора удельный вес грунтов , где

- плотность грунта, кН/м³ .

Для песка средней крупности:

 

Для песка мелкого:  

Для суглинка: 

Для глины:  

 

Удельный вес грунта, расположенного выше подошвы фундамента:

Тогда

_zg0=4,3*10,44=44,892кПа

_zg1=44,892+1.08*18.1=64,548кПа

_zg2=64,548+0.52*18.1=73,96кПа

_zg3=73,96+0.6*10.37=80,182кПа

_zg4=80,182+1.08*10.37=91,382кПа

_zg5=91,382+1.08*10.37=102,58кПа

_zg6=102,58+0.58*10.37=108,59кПа

_zg7=108,59+0.50*10=113,78кПа

_zg8=113,78+1.08*10=124,57кПа

_zg9=124,57+1.08*10=135,37кПа

_zg10=135,37+1.08*10=146,17кПа

Все вычисления заносим в  таблицу1.4

 

На границе каждого  элементарного слоя вычисляем дополнительные напряжения:

, где

 - коэффициент, принимаемый в  зависимости от формы подошвы  фундамента, соотношения сторон  прямоугольного фундамента  и относительной глубины, равной ;

- расстояние от подошвы фундамента  до рассматриваемого горизонта;

- среднее давление под подошвой  фундамента от постоянных нагрузок, вычисленных при 

Пользуясь значениями коэффициентов  , для соотношения сторон определяем значения дополнительных напряжений на границе слоев. Результаты записываем в табл.1.4.

Вычисляем средние  значения дополнительных вертикальных напряжений как полусумму указанных  напряжений на верхней  и нижней границах слоя.

Нижняя  граница сжимаемой толщи основания  принимается на глубине  , где выполняется условие . Если найденная по этому условию нижняя граница сжимаемой толщи находится в слое грунта у которого модуль деформации Е < 5000 кПа, или такой слой залегает непосредственно ниже глубины , нижняя граница определяется исходя из условия . В рассматриваемом примере модуль деформации всех слоев грунта > 5000 кПа, поэтому, строя эпюру напряжений , находим, что она пересекает эпюру дополнительных напряжений в третем слое. Сжатием нижележащих слоев пренебрегаем.

 

 

 

 

Табл. 1.4. Определение осадки основания.

№	Z,м	, кПа	0,2* , кПа	2z/b		, кПа	, кПа	hi,м	Ei, кПа
0	0,00	44,8	8,9	0,00	1,000	141,758
1	1,0	64,5	12,9	0,8	0,877	124,321	133,03	1,08	36000
2	1,6	73,9	14,7	1,18	0,744	92,495	108,408	0,52	36000
3	2,2	80,1	16,0	1,63	0,620	57,347	74,921	0,6	36000
4	3,2	91,3	18,2	2,43	0,434	24,888	41,117	1,08	24000
5	4,3	102,5	20,5	3,23	0,311	7,740	16,314	1,08	24000
6	4,9	108,5	21,7	3,66				0,58	24000
7	5,4	113,7	22,7	4,03				0,50	24000
8	6,5	124,5	24,9	4,83				1,08	26000
9	7,6	135,3	27,0	5,63				1,08	26000
10	8,6	146,1	29,2	6,43				1,08	26000

 

 

В соответствии с  требованиями СНиП 2.05.03-84 различные  по величине осадки соседних опор не должны вызывать появления в продольном профиле моста дополнительных углов  перелома, превышающих 2% для автодорожных и городских мостов.

Так как вычисляется  осадка только одной опоры, угол перелома в примере не определяем. 

 

 

 

2. Расчет и конструирование свайного  фундамента.

2.1 Определение необходимой  длины и сечения сваи.

 

Для выбора необходимой  длины и сечения забивных свай используем эпюру расчетных усилий сопротивлений грунта. Из рассмотрения этой эпюры можно сделать заключение, что наиболее пригодным для опирания нижних концов свай является 3 слой тугопластичного суглинка, так как он имеет наибольшее значение . В соответствии с СНиП заглубление нижних концов забивных свай в грунты, принятые за основания под их нижние концы, должно быть: в крупнообломочные, гравелистые, крупные и средней крупности пески, пылевато-глинистые грунты с показателем текучести   - не менее 0.5 м, а в прочие нескальные грунты – не менее 1м.

Назначаем свайный  фундамент из забивных ж/б свай, сечением 30х30.

Низ ростверка должен быть заглублен на 1,5 м ниже л.м.р.г. , то верх сваи имеет отметку  -3,500.

Таким образом отмечаем отметку  низа сваи =-7,500. Опорным слоем является 3 слой- суглинок, R₀=255,43кПа.

2. Определение несущей способности и расчетной нагрузки, допускаемой на сваю.

 

Несущая способность  одиночной забивной сваи определяется по формуле:

, где

- коэффициенты работы соответственно  сваи в грунте, грунта на уровне  острия и на боковой поверхности  сваи. При погружении забивных  свай дизельным молотом без  лидерных скважин эти коэффициенты  принимаются равными единице.

 и  - расчетные сопротивления грунта на уровне острия и на боковой поверхности сваи (кПа). Глубину погружения нижнего конца сваи и среднюю глубину расположения слоя грунта в водоеме следует принимать от уровня дна после его общего размыва расчетным паводком.

При определении расчетных сопротивлений  грунта на боковой поверхности сваи пласты грунтов следует расчленять на однородные слои толщиной

А=0.09м² – площадь поперечного сечения сваи.

U=1.2м – периметр поперечного сечения сваи.

 

Так как расположение острия сваи относительно линии общего размыва составляет 8м и свая заглублена в тугопластичный суглинок, то .

С учетом значений , определяем значения .

 

Z1=3,4м	f1=50кПа	H1=0,4м
Z2=3,8	f2=52 кПа	H2=0,4м
Z3=5,3	f3=40,6 кПа	H3=1,5м
Z4=5,9	f4=41,8 кПа	H4=0,6м
Z5=7,5	f 5=40,2 кПа	H4=1,6м

 

Несущая способность  сваи:

F_d=1*(1*3355*0,09+1,2*1(50*0,4+52*0,4+40,6*1,5+41,8*0,6+40,2*1,6))=531,27кН

Расчетная нагрузка, допускаемая на сваю:

, здесь  = 1.4 - коэффициент надежности по грунту

 

3. Определение количества свай и их размещение в плане ростверка.

 

Количество  свай определяется по формуле:

, здесь 

=1.2 – коэффициент, учитывающий  влияние момента.

- вес ростверка и грунта  на его уступах.

В первом приближении G_r=0.1N_I =0.1*867 = 86,7, тогда количество свай:

  3 сваи.

Исходя из необходимости  расположения свай не реже чем через 6 диаметров (сторон) сваи, располагаем  последние в 2 рядов по 3 штук в каждом. В этом случае в плане ростверка располагается 6 свай.

Размеры ростверка  в плане назначаем 7,1х2,7 м исходя из размеров надземной части опоры, характера действия нагрузок и оптимального расположения свай. При этом действительный вес ростверка с учетом взвешенности в воде составит ( ):

, где

- ширина ростверка;

- длина ростверка;

- глубина заложения низа ростверка.

Значение  значительно отличается от принятого ранее, поэтому произведем пересчет количества свай: сваи.

4. Определение фактической нагрузки на сваи крайнего ряда.

 

Фактическую нагрузку, действующую на сваи крайнего ряда на уровне низа ростверка, определяем по формуле:

, где

где N_d — расчетная сжимающая сила, кН (тc);

M_x, M_y — расчетные изгибающие моменты, кН×м (тc×м), относительно главных центральных осей х и у плана свай в плоскости подошвы ростверка;

n — число свай в фундаменте;

Тогда максимальная фактическая нагрузка на сваи крайнего ряда:

Значение  не должно превышать значения расчетной нагрузки, допускаемой на сваю или

231,21<1,2* =455,376 – условие выполняется.

 

 

2.5 Проверка куста свай как условного  сплошного фундамента.

Для условного фундамента должно выполнятся условие:

;

;

Здесь , - коэффициенты соответственно условий работы и надежности;

             , - размеры в плане условного фундамента в направлении, параллельном плоскости действия момента и ей перпендикулярном;

             - вертикальная составляющая нагрузки на грунт основания в уровне подошвы фундамента, кН;

             , – горизонтальная составляющая внешней нагрузки, кН, и ее момент относительно главной оси горизонтального сечения условного фундамента в уровне расчетной поверхности грунта.

За расчетную поверхность грунта принимается поверхность местного размыва на отметке 2,5 м. Тогда  = * 2,5 = 173*2,5 = 432,5 кН*м.

           - глубина заложения условного фундамента по отношению к расчетной поверхности грунта;

            К – коэффициент пропорциональности, учитывающий нарастание с глубиной  коэффициента постели грунта, расположенного  выше подошвы условного свайного  фундамента. При промежуточных значениях  характеристик грунта значение  коэффициента К определяется  по интерполяции;

           – коэффициент постели грунта в уровне подошвы фундамента, кН/м³:

при d₁ ˂ 10 м = 10 К.

Границы условного фундамента определяются: снизу – горизонтальной плоскостью, проходящей через острия свай, с  боков – вертикальными плоскостями, отстоящими от наружных граней крайних  рядов свай на расстоянии , сверху – расчетной поверхность грунта. В формуле для х - среднее значение расчетных углов внутреннего трения грунтов, прорезанных сваями,

,

где - расчетный уровень внутреннего трения i-го слоя грунта, расположенного в пределах глубины погружения сваи в грунт;

        - толщина этого слоя, м;

        - глубина погружения свай в грунт ниже уровня подошвы ростверка, м.

В нашем случае:

 

 

х = 5,4*0,128= 0,69 м.

= 3*0,9+0,69*2+0,3 = 4,38 м.

= 5*1,8+0,3+0,69*2 = 10,69 м.

* = 4,38*10,69 = 46,82м².

Удельный вес отдельных слоев  грунта с учетом взвешенности в воде в пределах глубины заложения  условного фундамента:

для песка средней крупности:  

для песка мелкого:

для суглинка:

Средневзвешенное значение удельного  веса грунта в пределах высоты условного  свайного фундамента d^/:

.

 

Таблица 5 – Вес условного  массива

Наименование элемента	Объем элемента, м3	Вес элемента с учетом взвешенности в воде, кН
Ростверк	7,1*2,7*1,5 = 28,75	28,75*15*1,1 = 474,45
Сваи	0,3*0,3*5,4*1,5 = 7,29	7,29*15*1,1 = 120,28
Грунт условного массива	46,82*6,9-53,46-7,29 = 262,31	262,31*8,44*1,1 = 2435,84
		ИТОГО: 3030,57