Выбор глубины заложения фундаментов и положения обреза фундамента

 

Обрез фундаментов моста назначаем на 10 см ниже планировочной отметки грунта согласно (п. 8.3, [6]) и согласно задания на курсовую работу.

Место строительства – г. Ярославль.

Абсолютные значения среднемесячных отрицательных температур за зиму находим по (таблица 28, [6]). Сумма абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму равна

M_t = 11,9+10,7+5,1+2,7+8,1 = 38,5.

Определяем (по формуле 8.2, [6]) глубину промерзания

= 0,23×6,2 = 1,43м,

­ где d ₀ - величина, принимаемая для супесей равной - 0,23 м.

Расчетная глубина промерзания равняется (формула 8.3, [6])

d_f = k_h × d_fn = 1,1×1,43 = 1,57 м,

где k _h - коэффициент теплового влияния сооружения, принимаемый для фундаментов опор мостов равным 1,1.

Таким образом, глубина заложения фундамента для покровного слоя грунта суглинка должна быть не менее 1,57 м (таблица 30, [6]).

Исходя из анализа инженерно-геологических условий площадки строительства, несущим слоем может быть любой из инженерно-геологических элементов грунтового основания. Для фундамента мелкого заложения принимаем в качестве несущего слоя инженерно-геологический элемент № 2 – суглинок.

Примыкающих сооружений к проектируемому мостовому переходу по заданию нет, следовательно, этот фактор при назначении глубины заложения фундамента не надо.

Существующий и проектируемый рельефы застраиваемой территории в курсовой работе принимаем не влияющими на глубину заложения фундаментов.

Гидрогеологические условия площадки принятые в курсовой работе на глубину заложения фундаментов не влияют.

Влияние назначения и конструктивных особенностей проектируемого сооружения, нагрузок и воздействий на его фундаменты можно определить, только произведя соответствующие расчеты и выполнив технико-экономическое сравнение различных вариантов фундаментов. В курсовой работе рекомендуется назначать, при выполнении вышеизложенных условий, глубину заложения ~ 3,0-4,0 м. Увеличивать глубину заложения рекомендуется, если габариты подошвы фундамента при принятой глубине заложения будут превышать размер ~ 5´5 м. При этом должно выполняться условие: при вновь выбранной глубине заложения прочностные свойства несущего слоя грунта должны быть не хуже свойств грунта, на который первоначально опирался фундамент.

Принимаем глубину заложения фундамента d = 3,1 м (рисунок 2). Высота фундамента будет равна h_f = 3 м (кратна 300 мм, п. 8.4, [6]).

 

Определение размеров фундамента мелкого заложения из расчета основания по первой группе предельных состояний

Дано.

По обрезу фундамента действуют нагрузки (рисунок 3).

1 группа предельных состояний:

1 комбинация

N _0I = 1500 кН, М _{0 х I} = 200 кН×м, F _{0 у I} = 20 кН, М _{0 у I} = 150 кН×м, F _{0 х I} = 12 кН;

2 комбинация

N _0I = 1000 кН, М _{0 х I} = -300 кН×м, F _{0 у I} = -30 кН, М _{0 у I} = -160 кН×м, F _{0 х I} = -15 кН;

2 группа предельных состояний:

1 комбинация

N _0II = 1200 кН, М _{0 х II} = 160 кН×м, F _{0 у II} = 16 кН, М _{0 у II} = 120 кН×м, F _{0 х II}= 9,6 кН;

2 комбинация

N _0II = 800 кН, М _{0 х II} = -240 кН×м, F _{0 у II} = -24 кН, М _{0 у II} = -128 кН×м, F _{0 х II} = -12 кН.

В расчетные комбинации вошли нагрузки с номерами 1, 7, 9 и 15 или 17 (нумерация по таблице 21, [6]).

 

 

Требуется: Из расчета по первой группе предельных состояний основания подобрать размер подошвы фундамента, законструировать фундамент, проверить выполнение условий расчета оснований фундаментов по первой группе предельных состояний.

Решение.

Вычисляем по максимальной вертикальной силе (1 комбинация) ориентировочные размеры подошвы фундамента (формула 8.4, [6]):

для грунта основания супеси R _0I = 147 кПа;    

g _n – коэффициент надежности по назначению сооружения, равный 1,4;

принимаем = 22 кН/м³, g _f = 1,1 (п. 8.4, [6]);

d = 3,1 м (рисунок 2);

50 м².

В первом приближении принимаем h = l / b = 1,2.

Находим ширину подошвы фундамента

5,84 м, принимаем b = 5,8 м.

Находим по (таблица 15, [6]) k ₁ = 0,04; k ₂ = 2.

Расчетное сопротивление основания из нескального грунта осевому сжатию R_I, кПа, вычисляем по (формула 5.1, [6]) при g = 19,62 кН/м³

R_I = 1,7 { R _0I [1 + k ₁×(b - 2)] + k ₂× g ×(d - 3)} =

= 1,7 {147× [1 + 0,04×(5,8 - 2)] + 2×19,62×(3,1 - 3)} = 295 кПа.

Делаем второе приближение по определению размера подошвы фундамента

11,05 м².

Находим ширину подошвы фундамента

3,03м, принимаем b = 3,0 м.

Пересчитываем расчетное сопротивление основания из нескального грунта осевому сжатию R_I

R_I = 1,7 { R _0I [1 + k ₁×(b - 2)] + k ₂× g ×(d - 3)} =

= 1,7 {147× [1 + 0,04×(3,0 - 2)] + 2×19,62×(3,1 - 3)} =267 кПа.

Делаем третье приближение по определению размера подошвы фундамента

12,96 м².

Находим ширину подошвы фундамента

3,28 м, принимаем b = 3,3 м.

Пересчитываем расчетное сопротивление основания из нескального грунта осевому сжатию R_I

R_I = 1,7 { R _0I [1 + k ₁×(b - 2)] + k ₂× g ×(d - 3)} =

= 1,7 {147× [1 + 0,04×(3,3 - 2)] + 2×19,62×(3,1 - 3)} = 283 кПа.

Прекращаем итерации т.к. расхождение между предыдущим и последующим размером расчетного сопротивления меньше 10 %

5,99 %.

Конструируем фундамент.

Вычисляем размер l = h × b = 1,2×3 =3,6 м.

Для колонны сечением 1´1 м (размер сечения колонны выдается в задании на курсовую работу) принимаем размер сечения подколонника 1,2´1,2 м. Делаем фундамент с тремя ступенями высотой 300 мм каждая.

Размер нижней ступени – плитной части фундамента в плане b ´ l = =3´3,6 м. Размер второй снизу ступени 2,4´3 м, третьей – 1,8´2,4 м.

Размеры фундамента показаны на рисунке 4.

 

 

Вычисляем объем и вес фундамента, принимая удельный вес железобетона (материала фундамента) равным 25 кН/м³ и коэффициент надежности по нагрузке для собственного веса железобетона g _f = 1,1

V_f = 1,2×1,2×2,1 + 1,8×2,4×0,3 + 2,4×3×0,3 + 3×3,6×0,3 = 9,72 м³,

N_fI = g _f ×25× V_f = 1,1×25×9,72 = 267,3 кН.

Вычисляем объем и вес грунта на уступах фундамента c коэффициентом надежности по нагрузке для грунта засыпки g _f = 1,1 и принятым удельным весом грунта засыпки 18 кН/м³

V_g = b × l × d – V_f = 3×3,6×3,1 – 9,72 = 23,8 м³,

N_gI = g _f ×18× V_g  = 1,1×18×23,8 = 470,4 кН.

Определяем среднее давление на основание по подошве фундамента по первой группе предельных состояний (формула 8.5, [6])

= 207,2 кПа.

Условие расчета оснований фундаментов по первой группе предельных состояний по среднему давлению (формула 4.2, [6]) выполняется

р _I = 207,2 кПа < = 212 кПа,

2,26 %.

Определяем максимальные краевые давления по подошве фундамента (формула 8.6, [6]). Проверка на действие момента производится раздельно относительно х и относительно у (п.4, [6]).

 

Комбинация

В качестве первой комбинации в курсовой работе принимается комбинация нагрузок с максимальной вертикальной силой по обрезу фундамента.

Для симметричного фундамента без смещения центра тяжести подошвы фундамента относительно центра тяжести сечения конструкции расчетные моменты относительно главных осей x и y подошвы фундамента вычисляются по (формула 8.10, [6]) при нулевых эксцентриситетах

260 кН×м,

186 кН×м.

Моменты сопротивления сечения подошвы фундамента относительно главных осей x и y

6,48 м³,

5,4 м³.

Эксцентриситеты нагрузки, действующей по подошве фундамента (формула 8.8, [6])

0,116 м,

0,083 м.

Относительные эксцентриситеты (формула 8.9, [6])

0,193 < 1,

0,166 < 1.

Расчетное условие по относительному эксцентриситету от действия постоянных и временных нагрузок выполнено (таблица 31, [6]).

Т.к. относительные эксцентриситеты меньше единицы, отрыва подошвы фундамента от грунта основания не происходит и максимальные краевые давления вычисляем по обоим направлениям по (формула 8.6, [6])

247,6 кПа < = 243 кПа;

241,6 кПа < = 243 кПа.

Условие расчета оснований фундаментов по первой группе предельных состояний по краевым давлениям (формула 4.2, [6]) по обоим направлениям выполняются.

Комбинация

Определяем среднее давление на основание по подошве фундамента по первой группе предельных состояний (формула 8.5, [6])

= 160,9 кПа.

Условие расчета оснований фундаментов по первой группе предельных состояний по среднему давлению (формула 4.2, [6]) выполняется

р _I = 160,9 кПа < = 200 кПа.

Для второй и, если имеются, других комбинаций добиваться расхождения между р _I и R_I меньше 5 % не надо.

Вычисляем расчетные моменты относительно главных осей x и y подошвы фундамента по (формула 8.10, [6])

390 кН×м,

205 кН×м.

Эксцентриситеты нагрузки, действующей по подошве фундамента (формула 8.8, [6])

0,224 м,

0,118 м.

Относительные эксцентриситеты (формула 8.9, [6])

0,370 < 1,

0,236 < 1.

Расчетное условие по относительному эксцентриситету от действия постоянных и временных нагрузок выполнено (таблица 31, [6]).

Т.к. относительные эксцентриситеты меньше единицы, отрыва подошвы фундамента от грунта основания не происходит и максимальные краевые давления вычисляем по обоим направлениям по (формула 8.6, [6])

221,6 кПа < = 243 кПа;

198,9 кПа < = 243 кПа.

Условия расчета оснований фундаментов по первой группе предельных состояний по краевым давлениям (формула 4.2, [6]) по обоим направлениям выполняются.