Дата

Введение

Состав проекта. Проект оснований и фундаментов включает в себя следующие составные части: анализ инженерно-геологических, климатических и других природных условий; анализ нагрузок на фунда­мент; расчеты несущей способности грунтов оснований; выбор оптимальной конструкции фундаментов с основными размерами; расчеты: деформаций оснований и фундаментов, устойчивости фундаментов на сдвиг, опрокидывание и морозное пучение, прочности и трещиностойкости конструкций. Кроме того, в состав проекта входит проект ор­ганизации и механизации работ и сметно-финансовый расчет.

Основания рассчитывают по двум группам предельных состояний: по несущей способности (первая группа) и по деформациям (вторая группа).

По первой группе предельных состояний — по несу­щей способности — фундаменты рассчитывают в тех случаях, если: на них передаются значительные горизонтальные силы, в том числе сейсмические; фундамент расположен на бровке откоса или вблизи крутопадающего слоя грунта; на фундамент могут действовать силы морозного пучения; основание сложено скальными грунтами.

По второй группе предельных состояний — по дефор­мациям— фундаменты рассчитывают во всех случаях, кроме тех, при которых осадка и крен фундамента заведомо не опасны для сооруже­ния.

Нагрузки на промежуточные и концевые опоры мостов. У промежуточных опор преобладающее значение имеют постоянные верти­кальные нагрузки, у береговых — постоянные горизонтальные на­грузки от грунта со стороны подходных насыпей. Фундаменты проме­жуточных опор обычно симметричные, а береговые — несимметрич­ные. Это особенно заметно у мостов распорных и висячих систем, у которых значительные горизонтальные нагрузки передаются от про­летных строений.

1. Общие положения	Таблица 1.1 - Основные данные о грунтах.	Модуль деформации, Мпа	14	Отметка земли 128,8	___	15,0	20,0	28,0
		Угол внутреннего трения , град	13		___	19,0	17,0	33,0
		Удельное сцепление с, кПа	12		___	20,0	55,0	5,0
		Граница раскатывания	11		___	0,18	0,22	___
		Граница текучести	10		___	0,33	0,43	___
		Природная влажность	9		___	0,30	0,32	0,13
		Удельный вес грунта , кН/м^3	8		10,0	20,1	20,8	19,1
		Удельный вес твердых частиц грунта , кН/м^3	7		___	27,0	27,0	26,5
		Наименование грунта	6		Вода	Суглинок	Глина	Песок мелкий
		Уровень подземных вод	5
		Абсолютная отметка подошвы слоя, м	4		120,6	119,0	117,6	___
		Мощность слоя, м	3		1,8	1,6	1,4	___
		Глубина подошвы слоя от поверхности, м	2		1,9	3,4	4,8	___
		Номер слоя	1		1	2	3	4

Таблица 2.1 – сводная таблица физических свойств грунтов

№ п/п	Показатели	Обозначение	Геологический слой
			Вода	Суглинок	Глина	Песок средний
1	2	3	4	5	6	7
1	удельный вес твердых частиц	γs, кН/м^3	-	27,0	27,0	26,5
2	удельный вес грунта	γ, кН/м^3	10,0	20,1	20,8	19,1
3	природная влажность	W	-	0,30	0,32	0,13
4	граница текучести	WL	-	0,33	0,43	-
5	граница раскатывания	Wp	-	0,18	0,22	-
6	удельное сцепление	кПа, с	-	20	55	5
7	угол внутреннего трения	град,φ	-	19	17	33
8	модуль деформации	МПа, Е	-	15	20	28
9	удельный вес скелета грунта	γd, кН/м^3	-	15,5	15,8	16,9
10	удельный вес во взвешенном состоянии	γsb кН/м^3	-	10	10	10,3
11	коэффициент пористости	е	-	0,7	0,7	0,6
12	степень влажности	Sr	-	-	-	0,6
13	число пластичности	Jp	-	0,15	0,21	-
14	показатель текучести	JL	-	0,4	0,2	-
15	расчетное сопротивление	Ro	-	0,15	0,275	0,2

2.1 Расчет физико-механических характеристик грунтов

Таблица 2.2 – расчет физико-механических характеристик грунтов

№ п/п	Показатель	Формула расчета	Геологический слой
			Вода	Суглинок	Глина	Песок мелкий
1	2	3	4	5	6	7
9	удельный вес скелета грунта	γ γd=−−−−−− (2.1) 1+W W- природная влажность γ – удельный вес	−−−	15,5	15,8	16,9
10	удельный вес во взвешенном состоянии	γs – γw γsb= −−−−− (2.2) 1+e γs – удельный вес твердых частиц грунта; γw – удельный вес воды; е – коэффициент пористости	−−−	10	10	10,3
11	коэффициент пористости	γs е = −− −1 (2.3) γd	−−−	0,7	0,7	0,6
12	степень влажности	γs ∙W Sr = −−−− (2.4) е ∙ γw	−−−	−−−	−−−	0,6
13	число пластичности	Jp = WL – Wp (2.5) WL – влажность на границе текучести; Wp − влажность на границе раскатывания;	−−−	0,15	0,21	−−−
14	показатель текучести	W – Wp JL =−−−− (2.6) Jp	−−−	0,4	0,2	−−−
15	расчетное сопротивление	Ro	−−−	0,15	0,275	0,2

Благодаря проведенному анализу инженерно-геологических условий предварительно назначаем глубину заложения фундамента, что в дальнейшем уточняется расчетами.

Обрез фундамента назначаем ниже поверхности грунта на расстоянии не менее чем 0,25м. Подошва фундамента должна опираться на прочный грунт и не должна находиться на глубине свыше 7м.

Предварительно назначаем отметку обреза фундамента равной

120,6 − 0,3 = 120,3 м

Тогда отметку подошвы фундамента назначаем равной 120,3 − 7 = 113,3 м

3. Определение площади подошвы фундамента.

3.1 Схема конструкции опоры железнодорожного моста

где F_V0 – вес опоры;

F_V1 – вес пролетных строений;

F_V2 – сила воздействия от временной вертикальной подвижной нагрузки;

F_h – горизонтальная тормозная сила.

Рисунок 3.1 – схема конструкции опоры железнодорожного моста

Размеры обреза фундамента в плане принимают больше размеров надфундаментной части опоры на величину с = 0,2 м в каждую сторону для компенсации возможных отклонений положения и размеров фундамента при разбивке и производстве работ.

Минимальная площадь подошвы фундамента

А_min=(b₀+2c)∙(l₀+2c) (3.1)

где: b_{0 ,}l₀ – размеры надфундаментной части l₀ =9,8м, b₀=2,6м.

А_min=(2,6+2∙0,2)∙(9,8+2∙0,2)=30,6м

Максимальная площадь подошвы фундамента определяется, исходя из нормированного условия обеспечения жесткости фундамента. Оно заключается в том, что линия уступов или наклон граней фундамента, как правило, не ложны отклоняться от вертикали на угол α более 30⁰.

Отсюда:

А_max=(b₀+2h_ф∙tg30⁰)∙(l₀+2h_ф∙tg30⁰) (3.2)

С учетом того, что tg30⁰ = 0.577, получим

А_max=(b₀+1,16h_ф)∙(l₀+1,16h_ф) (3.3)

где h_ф – высота фундамента (расстояние от обреза фундамента до его подошвы); h_ф = 7м.

А_max=(2,6+1,16∙7)∙(9,8+1,16∙7)=192,1м²

Требуемая площадь подошвы фундамента в первом приближении может быть определена по формуле:

η∙ΣF_V

А = −−−−−−−−−−−−−− (3.4)

R-1.1∙ γ_ср∙ h_ф + γ_w∙ h_w

ΣF_V =1,1∙(F_V0 +F_V1)+ γ_f ∙ F_V2 (3.5)

где ΣF_V – расчетная вертикальная сила по обрезу фундамента (без учета веса фундамента и грунта на его уступах), МН;

R – расчетное сопротивление грунта основания, МПа. В первом приближении R можно подсчитать по формуле (3.6) при b=3,0м, l = 10,4м.

γ_ср – средний удельный вес кладки фундамента и грунта на его уступах, в работе можно принять γ_ср =20 кН/м³;

γ_f – коэффициент надежности временной подвижной нагрузки;

η – коэффициент, учитывающий действие момента, η = 1,2;

γ_w – удельный вес воды, γ_w = 10кН/м³;

h_w – расстояние от уровня подземных вод или уровня меженных вод до подошвы фундамента.

В формуле (3.4) значение γ_w∙ h_w следует учитывать, если подошва фундамента расположена в водопроницаемом слое, при расположении подошвы фундамента в водонепроницаемом слое γ_w∙ h_w=0. Водонепроницаемыми грунтами следует считать суглинки и глины при

ΣF_V =1,1∙(5,6 +1,06) + 1,14 ∙5,10 = 13,924 МН

Расчетное сопротивление нескального грунта под подошвой фундамента определяется по формуле:

R=1,7∙{R₀∙[1+K₁∙(b-2)]+K₂∙γ∙(d-3)}, (3.6)

где R₀ – условное сопротивление грунта, МПа;

b – ширина подошвы фундамента, м. при с=0,2м, b=3м;

d – глубина заложения фундамента, м принимая от поверхности грунта или дна водотока после размыва до подошвы фундамента;

γ – осредненное по слоям значение удельного веса грунта, расположенного выше подошвы фундамента, вычисленное без учета взвешивающего действия воды, МН/м³., рассчитывается по формуле:

Σγ_i ∙h_i

γ = −−−−−−− (3.7)

Σh_i

К_1,К₂ –коэффициенты, в зависимости от грунта соответственно равны 0,04 и 3,0.

R =1,7∙{0,20∙[1+0,10∙(3-2)]+3,0∙0,019∙(7-3)}=0,762 МПа

19 + 85,26 + 198

γ = −−−−−−−−−−−−−− = 18,8 МН/м³

16,1

1,2∙13,924∙1000

А = −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− = 24,5 м ²

762-1,1∙20∙7+10∙7,3

Из расчета получили:

А_min = 30,6 м²

А_max = 192,1 м²

А = 24,5 м²

Если полученная площадь А< А_min за расчетную площадь принимается А_min по формуле (3.5), т.е. фундамент устраивается с вертикальными гранями без уступов.