Проектирование фундаментов под опору моста (стр. 6 из 10)
4.2 Оценка грунтовых условий и назначение длины свай
Предварительные размеры низкого ростверка и глубину его подошвы для курсовой работы разрешается принимать как для фундамента мелкого заложения, размеры которого определены в предыдущих расчетах.
Первый слой – песок мелкий рыхлый:
g = 19,0 кН/м3; gs = 26,5 кН/м3; gd = 15,0 кН/м3; gsb = 9,32 кН/м3;e = 0,77; W = 30,0.
Второй слой – суглинок тугопластичный:
g = 17,3 кН/м3; gs = 26,6 кН /м3; gd = 14,1 кН/м3; gsb = 8,78 кН/м3; e = 0,89; W = =23,0%; WP = 18,0%; WL= 28,0%; IP = 13,0 % ; IL = 0,38; cn = 16,8 кПа; jn = 18,2°; R0 = 125,77 кПа; E = 9,24 мПа.
Третий слой – супесь пластичная:
g = 19,6 кН/м3; gs = 27,5 кН/м3; gd = 16,8 кН/м3; gsb = 10,67 кН/м3; e = 0,64; IP = 4,0;
IL = 0,5; W = 17,0; WP = 15,0%; WL= 19,0%; cn = 13,2 кПа; jn = 24,3°; R0 = 24,3 кПа; E = 16,8 мПа.
Для фундаментов опор мостов глубина погружения сваи в грунт должна быть не менее 4 м.
Длина сваи назначается таким образом, чтобы были прорезаны слабые слои
грунта.
Нижние концы свай следует заглублять в малосжимаемые крупнообломочные, гравелистые, крупные, средней крупности песчаные грунты, а также в глинистые грунты с показателем текучести IL ≤ 0,1 не менее чем на 0,5 м, в прочие виды нескальных грунтов – на 1,0 м. Оценивая грунтовые условия строительной площадки, можно сделать вывод, что свая может быть заглублена либо во второй слой с условно принятой длиной ℓ св.= 2,8 м, либо в третий слой – супесь пластичную, с условно принятой длиной 13,0 м.
Полная длина сваи определяется как сумма
ℓсв. = ℓo+ åℓгр + ℓн.с., (4.1)
где ℓo– глубина заделки сваи в ростверк, которая принимается не менее 2d при d < 0,6м и не менее чем на 1,2м при d > 0,6м (где d – диаметр круглой или сторона квадратной сваи);
åℓгр – расстояние от подошвы до кровли следующего слоя, м;
ℓн.с. – заглубление в несущий слой, м.
Для нашего примера минимальная расчётная длина сваи заглублённой во второй слой (рисунок 4.1.) составляет
ℓ
=0,6 + 1,2 + 1,0 = 2,8 м;где: ℓo = 2d = 2∙0,30 = 0,6 м,
Длина сваи, заглублённой в третий слой
ℓ
= 0,7 + (1,2 + 10,1) + 1,0 = 13,0 м.Далее по таблице принимаем:
- для первого случая - сваю марки СМ4 – 30, диаметром 30x30 см, длиной 4 м, марка бетона В20;
- для второго случая - сваю марки СМ13 – 35, диаметром 35x35 см, длиной
13 м, марка бетона В35.
Рисунок 4.1 - К определению длины сваи.
5 Расчёт свайных фундаментов
Расчёт свайных фундаментов и их оснований производится по двум группам предельных состояний:
1) по первой группе предельных состояний определяют несущую способность сваи по грунту, прочность материала свай и ростверков, по несущей способности оснований свайных фундаментов, если на них передаются значительные горизонтальные нагрузки или если основания ограничены откосами или сложены крутопадающими слоями грунта. Расчёт ведётся на основные и особые сочетания расчётных нагрузок с использованием расчётных характеристик материалов и грунтов;
2) по второй группе предельных состояний рассчитываются осадки оснований фундаментов, горизонтальные перемещения свай и свайных фундаментов, образование или раскрытие трещин в элементах железобетонных конструкций. Расчет по деформациям необходимо выполнять на основные сочетания нагрузок.
5.1 Определение несущей способности свай
После определения и подбора длины сваи рассчитывается несущая способность свай. Несущая способность Fd, кН, висячей забивной сваи и сваи-оболочки, погружённой без выемок грунта, работающих на сжимающую нагрузку, следует определять как сумму расчётных сопротивлений грунтов основания под нижним концом сваи и на её боковой поверхности
Fd = gc∙(gcr∙R∙A+∑Ui·gcfi∙hi·Rfi); (5.1)
где gc – коэффициент условия работы сваи в грунте, принимаемый gc =1, а для грунтов Ι типа по просадочности и для биогенных грунтов gc = 0,8;
gcr, gcf - коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи на расчётные сопротивления;
R – расчётное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кН;
А – площадь опирания на грунт свай, м2, принимаемая по площади поперечного сечения сваи брутто;
Ui – усредненный периметр поперечного сечения сваи в i-м слое грунта, м;
hi – толщина i –го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м;
Rfi – расчётное сопротивление (прочность) i – го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа.
Одиночную сваю в составе фундамента по несущей способности грунтов основания следует рассчитывать исходя из условия
N ≤
= Pсв, (5.2)где N - расчётная нагрузка, передаваемая на сваю (наиболее невыгодное сочетание), кН;
= Pсв – расчётная нагрузка, допускаемая на сваю, кН;gк – коэффициент надёжности, равный 1,4 – для фундаментов опор мостов при низком ростверке, сваях или сваях-стойках; при высоком ростверке – только при сваях-стойках, воспринимающих сжимающую нагрузку, независимо от числа свай, если несущая способность сваи определена расчетом.
5.2 Определение количества свай и размещение их в ростверке
Проектирование свайных фундаментов ведется по расчетным нагрузкам с учетом различных сочетаний. Все нагрузки каждого сочетания следует привести к уровню подошвы ростверка, учитывая при этом его вес.
После приведения нагрузок к уровню подошвы ростверка, необходимое, ориентировочное количество свай n определяют по формуле
n = k∙
, (5.3)где k – корректирующий коэффициент, учитывающий влияние изгибающего момента, принимается k=1,1…1,4;
N – максимальное нормальное усилие в уровне подошвы ростверка, кН;
Gp – вес ростверка (предварительно определённый), кН.
Сваи можно размещать в рядовом (рисунок 5.1,а) или шахматном порядке (рисунок 5.1,б).
а) б)
а – рядовой порядок
б – шахматный порядок
Рисунок 5.1 - Размещение свай
Расстояние между осями забивных висячих свай в уровне острия должно быть определено из условия a ≥ 3d (d – диаметр круглого или сторона квадратного сечения сваи). Расстояние от грани ростверка до грани сваи или сваи-оболочки должно быть не менее 25 см. В результате размещения свай по ро-
стверку может быть уточнено количество свай и размеры в плане (обычно в сторону увеличения).
Решение
Определить несущую способность и количество свай, разместить их в
ростверке при следующих исходных данных: N0 = 36747,68 кН – максимальная нагрузка на подошве фундамента. Используя схему разбивки слоёв грунта hi, приведенную на рисунке 5.2, определим несущую способность висячих свай, погружённых забивкой молотами в третий и четвёртый слои.
Рисунок 5.2 – К определению несущей способности свай
Для первого случая при ℓсв = 4м:
Суглинок тугопластичный:
при z1 = 4,2м; Rf1=34,04кПа; h1=2,0м; Rf1´h1=68,08кПа∙м;
при z2 = 5,3м; Rf2=36,16кПа; h2=0,2м; Rf2´h2=7,23кПа∙м;
.При ℓ1 = 5,4м; R = 2208кПа; gcr=gcf=1; U=4∙0,3=1,2м; А = 0,3∙0,3 = 0,09м2;
Fd=1(1∙2208∙0,09 +1,2∙1∙75,31)= 1∙(198,72 + 90,37) = 289,09кН.
Расчётная нагрузка, допускаемая на сваю
Pсв =
= 
=206,49кН.Для второго случая при ℓсв = 13м:
Суглинок тугопластичный:
при z1 = 4,2м; Rf1=34,04кПа; h1=2,0м; Rf1´h1=68,08кПа∙м;
при z2 = 6,2м; Rf2=43,36кПа; h2=2,0м; Rf2´h2=86,72кПа∙м;
при z3 = 8,2м; Rf3=46,0кПа; h3=2,0м; Rf3´h3=92,0кПа∙м;
при z4 = 10,2м; Rf4=47,9кПа; h4=2,0м; Rf4´h4=95,8кПа∙м;
при z5 = 12,2м; Rf5=48,87кПа; h5=2,0м; Rf5´h5=97,74кПа∙м;
при z6 = 13,25м; Rf6=49,22кПа; h6=0,1м; Rf6´h6=4,92кПа∙м
супесь пластичная:
при z7 = 13,8м; Rf7=37,4кПа; h7=1,0м; Rf7´h7=37,4кПа∙м;
при ℓ2=14,3м; R=1688,33кПа; U=1,4м; gcf=gcf=1; А = 0,1225 м2;
Fd=1∙(1∙1688,33∙0,1225 +1,4∙482,66∙1)= 1∙(206,82 + 675,72) = 882,54кН.
Расчётная нагрузка, допускаемая на сваю
Pсв =
= 
=630,39кН.Определяем необходимое количество свай в кусте:
- для первого варианта
n(1)=
=117,96шт;