Петербургский государственный университет путей сообщения

ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Кафедра «Основания и фундаменты»

Методические указания к практическим занятиям по дисциплине

«Основания и фундаменты»

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

Приводятся примеры решения задач по «Основаниям и фундаментам» и варианты заданий для самостоятельной работы.

Предназначены для студентов строительных специальностей дневного и вечерне-заочного факультетов.

Разработал доцент П. Л. Клемяционок.

Цель практических занятий по «основаниям и фундаментам» - освоение основ проектирования фундаментов зданий и сооружений. Настоящие методические указания содержат исходные данные для примеров расчета оснований и фундаментов опор мостов, краткие указания по порядку проектирования. В более сложных случаях приводятся примеры расчетов.

1.Исходные данные для примеров проектирования.

Схемы железнодорожных мостов, фундаменты промежуточных опор которых подлежат проектированию, приведены на рис. 1… 3.

На схемах указаны номера опор, длина пролетов, абсолютные отметки; около опор даны заготовки для геологической колонки с указанием положения границ слоев грунта. Приведено сочетание нормативных нагрузок, действующее вдоль моста в уровне верха (обреза) фундамента:равнодействующая вертикальных нагрузок F_vII⁰; горизонтальная нагрузка F_hII⁰; момент M_II⁰. Значения нагрузок, размеры опор в плане b₀ l₀, высота H₀ и расчетная глубина размыва указаны в таблице 1. Нормативные характеристики слоев грунтов основания приведены в таблице 2.

Для выполнения студентами самостоятельных расчетов преподаватель указывает шифр исходных данных, включающий:

· номер схемы моста (1, 2, 3)

· номер опоры (2, 3)

· сочетание нагрузок (1, 2)

· номера слоев грунта из таблицы 2 (сверху вниз)

Таблица 1

Данные по опорам и нормативные нагрузки.

Номер схемы	Номер, размеры опоры, глубина размыва	1-е сочетание	2-е сочетание
F VII^0, кН	M II^0, кНм	FH II ^0, кН	F VII^0, кН	М II^0, кНм	FH II ^0, кН
1.	Опора № 2 H0 = 16 м L0 = 10.4 м B0 = 3.6 м
Опора № 3 H0 = 20 м L0 = 13 м B0=4,5 м Глубина размыва 0,7 м
2.	Опора № 2 H0=12 м L0=6,6 м B0=3,2 м
Опора № 3 H0 = 18 м L0 = 9,8 м B0 = 4,2 м Глубина размыва 0,5 м
3.	Опора № 2 H0 = 15 м L0 = 11,2 м B0 = 5,0 м
Опора № 3 H0 = 19,2 м L0 = 12,6 м B0 = 4,8 м Глубина размыва 0,4 м

Таблица 2

Нормативные характеристики физико-механических свойств грунтов

Наименование грунта	Номер слоя на геологическом разрезе	Удельный вес частиц грунта, кН/м^3	Удельный вес грунта, кН/м^3	Влажность	Предел раскатывания	Предел текучести	Модуль деформации	Характеристики прочности
S			P	L	EH		СН
Песок крупный с включением гравия Песок средней крупности Песок мелкий Песок пылеватый		26,4 26,5 26,6 26,4 26,4 25,8 26,4 26,5	18,2 19,7 19,8 19,9 19,4 18,6 19,6 19,1	0,16 0,23 0,26 0,21 0,25 0,12 0,26 0,13	- - - - - - - -	- - - - - - - -	14,5		- - - - - -
Супесь		26,4 26,5 26,6	18,3 19,2 20,5	0,28 0,20 0,17	0,26 0,18 0,15	0,31 0,24 0,21
Суглинок		26,5 27,0 26,8 27,1 26,9 26,8 27,0	19,0 19,5 19,8 19,7 19,8 20,1 20,0	0,32 0,23 0,21 0,18 0,18 0,21 0,19	0,27 0,18 0,19 0,14 0,16 0,18 0,18	0,41 0,33 0,27 0,27 0,25 0,31 0,27	24,5
Глина		27,5 27,5 27,0 27,3 27,4 27,6 27,2 27,4	19,6 19,5 19,3 19,0 19,8 19,8 20,5 20,6	0,25 0,24 0,28 0,31 0,24 0,23 0,23 0,19	0,20 0,18 0,22 0,25 0,19 0,20 0,16 0,17	0,38 0,36 0,43 0,45 0,39 0,41 0,34 0,36	11,5

П р и м е ч а н и е. В расчетах по предельным состояниям используются расчетные значения характеристик, определяемые по формуле:

A = ,

где значения коэффициентов надежности по грунту _g принимаются: в расчетах по несущей способности для с - 1,4; для и - 1,1; в расчетах по деформациям _g = 1,1 для с; =1,05 для и . Для модуля деформации во всех случаях _g = 1,0.

Практическое занятие № 1.

Тема. Анализ инженерно-геологических условий

и оценка строительных свойств грунтов

Цель проводимого анализа–установление закономерностей изменения сжимаемости и прочности грунтов по глубине, выбор несущих слоев.

Сжимаемость оценивается по величине модуля деформации Е. При Е < 10 МПа грунты следует относить к сильносжимаемым, при Е > 20-к малосжимаемым. При промежуточных значениях Е основания средней сжимаемости.

Обобщенное представление о прочности и сжимаемости грунтов дает установление полного наименования грунтов, находящихся в геологическом разрезе, по номенклатуре ГОСТ 25100-82. Для этого необходимо рассчитать следующие характеристики: коэффициент пористости е, степень влажности S_r и показатель текучести I_L, используя известные формулы:

е = (1 + ) – 1;

S_r = ;

I_L = .

В указанных формулах значения _S, , принимаются по исходным данным: = 10 - удельный вес воды.

Для песков следует уточнить название грунта по плотности (табл. 3) и степени влажности (S_r - песок маловлажный, 0,5 < Sr 0,8 - влажный,

S_r > 0,8 - водонасыщенный).

Таблица 3

Классификация песков по плотности

Виды песков	Плотность сложения
Плотные	Средней плотности	рыхлые
Гравелистые, крупные и средней крупности Мелкие Пылеватые	е < 0.55 е < 0.6 е < 0.6	0,55 е 0,70 0,60 е 0,75 0,60 е 0,80	е>0,70 е>0,75 е>0,80

Для глинистых грунтов уточняется название по консистенции: твердые при

I_L < 0, полутвердые при 0 I_L 0,25, тугопластичные при 0,25 I_L 0,50, мягкопластичные при 0,50 < I_L 0.75, текучепластичные при 0,75 < I_L 1и текучие при I_L > 1.

Для супесей во всем интервале 0 I_L 1 присваивается единое название супесь пластичная.

При строительной оценке следует учитывать, что рыхлые пески и глинистые грунты при I_L > 0,80 относятся к слабым основаниям.

Наконец, следует определить условные сопротивления R₀ всех слоев геологического разреза и построить их эпюру.

Условные сопротивления оснований опор мостов приведены в табл. 4 для песчаных грунтов и в табл. 5 – для глинистых.

Таблица 4

Условные сопротивления для песчаных грунтов

Характеристика песка	R0песка, кПА
плотного	Средней плотности
Гравелистый и крупный независимо от влажности Средней крупности: маловлажный влажный или водонасыщенный Мелкий: маловлажный влажный или водонасыщенный Пылеватый: маловлажный влажный водонасыщенный

Таблица 5

Условные сопротивления R₀ глинистых (непросадочных) грунтов в основаниях, кПа

Наименование грунта	Коэффициент пористости	Показатель консистенции IL
	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6
Супеси (при Ip 0,05)	0.5 0.7						-	- -
Суглинки (при 0,10 Ip 0.15)	0.5 0.7 1.0						-	- -
Глина (при Ip 0.20)	0.5 0.6 0.8 1.1						-	- -

Приведенные в табл. 5 значения соответствуют интервалам изменения числа пластичности: супеси I_p 0.05, суглинки 0,1 I_p 0.15, глины I_p 0.20. В нормах рекомендуется при значениях 0,05 < I_p < 0,10 и 0,15 < I_p < 0,20 принимать значения R₀ средними между супесями-суглинками и суглинками–глинами соответственно.

По результатам расчетов строится эпюра условного сопротивления грунтов для данного геологического разреза (рис. 4). По ней анализируется изменение прочности и сжимаемости грунтов, и выбираются несущие слои, как наиболее прочные и малосжимаемые.

Например: из рис. 4 очевидно нарастание прочности в глубину основания.

Первый слой (пластичная супесь) имеет минимальную величину R₀ = 100 кПа и небольшую мощность. Поэтому в качестве несущих следует рассматривать 2 и 3 слои: мелкий влажный песок средней плотности для фундамента на естественном основании и тугопластичный суглинок – для свайного фундамента.

Практическое занятие № 2.

Тема. Фундаменты на естественном основании.

Обоснование и принятие основных решений.

Важнейшим этапом проектирования является назначение глубины заложения фундамента.

Она зависит от многих факторов:

· назначение и конструкция проектируемого сооружения;

· величина и характер нагрузок;

· инженерно-геологические условия площадки;

· гидрогеологические условия;

· глубина сезонного промерзания;

· глубина размыва;

· соседние сооружения и др.

В конкретных условиях основное значение приобретают те или иные факторы. Например, при возможности размыва грунта фундаменты мостовых опор следует заглубить не менее чем на 2,5 м ниже дна водотока после его размыва расчетным паводком. При строительстве на суходоле и пучинистых грунтах глубина заложения должна удовлетворять условию (в м):

d d_fn + 0,25,

где d_fn - расчетная глубина промерзания. При непучинистых грунтах (пески гравелистые, крупные и средней крупности) минимальная глубина заложения

d_min = 1 м.

После выбора несущего слоя грунта фундамент заглубляется в него не менее чем на 0,5 м.

Обрез фундамента располагают на 0,5 м ниже горизонта меженных вод (ГМВ), а на суходоле – на 0,25м ниже поверхности грунта.

Фундамент мелкого заложения мостовой опоры проектируется жестким, из бетона класса B 20 и марки водопроницаемости не ниже W4. Минимально возможные размеры фундамента устанавливается по размерам опоры с некоторым увеличением на с = 0,2 …… 0,5м, тогда:

A_min = b_min l_min = (b₀+2_c) (l₀+2_c), (1)

Где b₀, l₀ - размеры опоры в плане.

Для решения вопроса – достаточны ли минимальные конструктивные размеры подошвы фундамента, или следует развивать его, нужно проверить условие:

P_MAX = + R, (2)

Где F_VI⁰ = 1.2 F_VII⁰ - расчетная вертикальная нагрузка на уровне обреза фундамента;

G = b_min l_min - вес фундамента; удельный вес фундамента принимается с учетом взвешивания = 14, а без учета _ф = 24 ;

h_ф - высота фундамента;

W = - момент сопротивления;

_с = 1,2 и _n = 1,4-нормативные коэффициенты условий работы и надежности.

R-расчетное сопротивление грунта несущего слоя осевому сжатию.

Значение R определяется по формуле:

R=1.7 {R₀ [(1 +k₁(b - 2)] + k₂ (d-3)}, (3)

где R₀ – условное сопротивление грунта, кПа, принимаемое по табл. 4 и 5;

b_min - ширина фундамента, м

d – глубина заложения, принимаемая при возможности размыва грунта от ЛТР (линии теоретического размыва);

^I - приведенный удельный вес грунта, залегающего выше подошвы фундамента, ;

k₁, k₂ - коэффициенты, определяемые по табл.6

Таблица 6

Значения коэффициентов k₁, k₂ по СНиП 2.05.03-84

Грунт	k1, м^-1	k2
Гравий, галька, песок гравелистый, крупный и средней крупности Песок мелкий Песок пылеватый, супесь Суглинок и глина полутвердые и твердые Суглинок и глина туго- и мягкопластичные	0,10 0,08 0,06 0,04 0,02	3,0 2,5 2,0 2,0 1,5

Значение определяется по удельным весам _i отдельных слоев мощностью h_i выше подошвы фундамента по формуле:

=

Гидростатическое взвешивание при определении не учитывается.

Расчетные сопротивления по (3) для глин и суглинков в основаниях фундаментов мостов, расположенных в пределах постоянных водотоков, следует повышать на величину, равную 14,7d (кПа), где d - глубина воды от ГМВ до уровня дна после размыва.

Если условие (2) не выполняется, следует увеличить размеры фундамента в плане. Фундамент развивают устройством уступов, соблюдая условие жесткости – угол уширения не должен превышать 30 . Высота уступа принимается не менее 0,75 м.

П р и м е р. Нормативные нагрузки на уровне обреза фундамента

F_vII⁰ = 8500 кН; F_hII⁰ = 1000 кН; М_II⁰ = 850 кНм.

Размеры опоры b₀ = 3м; l₀ = 10,5м.

Минимальная площадь подошвы фундамента при с = 0,5 м:

A_min= = 46 м²

Глубина заложения в полутвердый суглинок 2,5 м;

Условное сопротивление несущего слоя R₀ = 300 кПа.

Высота фундамента: h_ф = 4 м (рис 5а).

Проверяем условие (2)

Вес фундамента: 1,1G = 1.1V = 1.1 = 4858 кНм.

Расчетные нагрузки:

F_vI⁰ = 1,2 кН;

M_I⁰ = 1,2 кНм;

F_hI⁰ = 1,2 кНм.

Момент сопротивления:

W= м³.

Рассчитываем P_max - краевое давление под подошвой фундамента наименьших конструктивно назначенных размеров.

P_max = кПа

Определяем R в правой части (2) по формуле (3):

R кПа

Значения коэффициентов k₁, k₂ приняты по табл.6

= = 18.5 - средневзвешенное значение удельного веса грунта в пределах глубины заложения фундамента.

Увеличиваем полученное значение на пригружающее влияние столба воды d = 2 м; тогда:

R кПа.

Соответственно правая часть (2) равна:

кПа

Таким образом, условие (2) не выполняется т. е. размеры фундамента недостаточны. Принимаем решение о его уширении (рис.5). При ширине уступа 0,5 м и высоте 2 м угол уширения равен: ,

т. е. условие жесткости фундамента выполняется.

Практическое занятие № 3.

Тема. Расчеты фундамента мостовой опоры по I группе предельных состояний.

Для назначенных размеров фундамента проверяется несущая способность основания и устойчивость опоры против опрокидывания и сдвига по подошве.

Напряжения по подошве фундамента от расчетных нагрузок должны удовлетворять следующим условиям:

P_ср = ; (4)

P_max = ; (5)

P_min = . (6)

В условиях (4…6) P_ср, P_max, P_min – соответственно, среднее, максимальное и минимальное напряжения по подошве фундамента от расчетных нагрузок. Они определяются для назначенных размеров фундамента с учетом веса грунта и воды на его уступах, т. е.

F_vI = F_vI⁰ + G_Iф + G_Iг + G_w (7)

Величина G_Iф, G_Iг, G_w определяются по назначенным размерам фундамента умножением соответствующих объемов на удельный вес, с учетом коэффициентов надежности по нагрузке = 1.1 для фундамента и =1,2 для грунта. При этом веса G_Iф и G_Iг определяются с учетом гидростатического взвешивания, если оно имеет место.

Расчетное сопротивление основания R определяется по формуле (3) для окончательно назначенных размеров фундамента. Если при уширении было получено b > 6, в формулу (3) подставляется b = 6 м.

В расчетах по первой группе предельных состояний проводятся также проверки:

а) устойчивости фундамента против опрокидывания

M_u , (8)

Где M_u - момент опрокидывающих сил относительно оси возможного поворота, проходящей через крайнюю точку подошвы фундамента;

M_z - момент удерживающих сил относительно той же оси;

m - коэффициент условий работы в стадии эксплуатации; для нескальных оснований m = 0.8;

- коэффициент надежности по назначению ( = 1.1);

б) устойчивости фундамента против сдвига по подошве

Q Q_z, (9)

Где Q - сдвигающая сила, равная сумме проекций сдвигающих сил на направление возможного сдвига;

Q_z - удерживающая сила, равная сумме проекций удерживающих сил;

m = 0,9 - коэффициент условий работы;

_n = 1,1 - коэффициент надежности.

Удерживающая сила определяется по формуле:

Q_z = F_vI, (10)

где - коэффициент трения подошвы фундамента по грунту, принимаемый для глин во влажном состоянии 0,25, для сухих глин, суглинков и супесей 0,30, для песков 0,40, для гравийных и галечниковых грунтов 0,50.

Пример.

Для фундамента, показанного на рисунке 5, имеем:

b = 5; l = 12.5 м; A = 6.25 м².

Объем фундамента: V_ф = 2 м³.

Объем грунта на уступах фундамента, считая от ЛТР (рис.5б);

V_г = 0,5 м³.

Объем воды над фундаментом:

V_в = V_abcd – (V_ф + V _г) = 5 м³

Тогда расчетные веса равны:

G_Iф = 1,1 кН;

G_Iг = 1,2 кН;

G_w= 1 кН;

Общая расчетная вертикальная нагрузка на уровне подошвы фундамента по (7) равна:

F_vI = 10200 + 5728,8 + 178,2+557,5 = 16664,5 кН

Момент равен:

M_I = M_I⁰ + F_hIh_ф = 1020 + (1,2 = 1020 + 4800 = 5820 кНм

Момент сопротивления

W = м³

Напряжения по подошве равны:

P_ср = кПа;

P_max = P_ср + кПа;

P_min = P_ср - кПа > 0

Расчетное сопротивление основания R определяется по формуле 3 при ширине подошвы фундамента b = 5:

R = 1.7 кПа.

кПа

Таким образом, проверки (4…6) выполняются.

Проверяем условие устойчивости против опрокидывания (8).

Здесь M_u = M_I = 5820 кНм;

M_z=F_{VI =}16664.5

кНм

То есть 5820 < 30299,1 – условие выполняется.

Проверяем условие устойчивости против сдвига по подошве (9):

Здесь Q = F_hI = 1200 кН

Q_z = F_VI = 0.30 кН

кН

1200 < 4090,4 - условие также выполняется.

Практическое занятие № 4.

Тема. Расчеты фундамента мостовой опоры по II группе предельных состояний (по деформациям).

В расчетах по деформациям проводятся следующие проверки:

a) Проверка положений равнодействующей или относительного эксцентриситета; для случая действия на опору постоянных и временных нагрузок должно выполняться условие:

, (11)

где e- эксцентриситет равнодействующей;

- радиус ядра сечения.

Для прямоугольной подошвы фундамента

. (12)

b) Проверка осадки фундамента:

(13)

где S - осадка по расчету;

S_u – предельно допустимое значение осадки, см.

L- длина меньшего примыкающего к опоре пролета, м (но не менее 25 м)

c) Проверка горизонтального смещения верха опоры, проверяется выполнимость условия

, (14)

где - смещение по расчету;

- предельно допустимое смещение (L в метрах,

- в сантиметрах).

Горизонтальное смещение рассчитывается по формуле:

-высота опоры;

-высота фундамента;

- крен

Для прямоугольного фундамента при действии момента в направлении ширины b крен равен:

, (16)

где и E коэффициент Пуассона и модуль деформации, средневзвешенные для всей сжимаемой толщи;

- момент относительно центра тяжести подошвы фундамента;

- коэффициент, принимаемый в зависимости от параметра формы подошвы по графику на рис. 6

Осадка фундамента (соответственно, и опоры моста) определяется от расчетных постоянных нагрузок для II группы предельных состояний, при = 1.

Расчет целесообразно выполнить в графоаналитической форме, в следующем порядке:

1. Вычертить в масштабе глубин схему фундамента и геологического строения основания.

2. Построить (слева от фундамента) эпюру природного давления грунта

3. Определить начальное уплотняющее давление по подошве фундамента:

(17)

4. Построить эпюру уплотняющего давления (справа от оси, в том же масштабе, что и эпюра ). Для этого толщу основания ниже подошвы фундамента разбить на расчетные слои h_i и определить уплотняющее давление на границе каждого слоя, по формуле:

, (18)

где - коэффициент рассеивания напряжений с глубиной, принимаемый по табл.7

5. Определить нижнюю границу сжимаемой толщи из условия:

(19)

6) Рассчитать осадку каждого расчетного слоя

, (20)

где - среднее уплотняющее давление в i – ом расчетном слое;

- толщина расчетного слоя;

- модуль деформации.

7) Определить общую осадку:

(21)

После этого проверяется выполнение условия (13).

Примеры расчета изложенным методом можно найти в методических указаниях [2] и общей литературе по проектированию оснований и фундаментов [4…6].

Таблица 7

Значения коэффициентов рассеивания напряжений

или	круглых	Коэффициенты для фундаментов
Прямоугольных с соотношением сторон , равным	Ленточных при
	1,4	1,8	2,4	3,2
0,0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 2,8 3,2 3,6 4,0 4,4 4,8 5,2 5,6 6,0 6,4 6,8 7,2 7,6 8,0 8,4 8,8 9,2 9,6 10,0 10,4 10,8 11,2 11,6 12,0	1,000 0,949 0,756 0,547 0,390 0,284 0,213 0,165 0,130 0,106 0,087 0,073 0,062 0,053 0,046 0,040 0,036 0,032 0,028 0,025 0,023 0,021 0,019 0,017 0,016 0,015 0,014 0,013 0,012 0,011 0,010	1,000 0,960 0,800 0,606 0,449 0,336 0,257 0,201 0,160 0,131 0,108 0,091 0,077 0,067 0,058 0,051 0,045 0,040 0,036 0,032 0,029 0,026 0,024 0,022 0,020 0,019 0,017 0,016 0,015 0,014 0,013	1,000 0,972 0,848 0,682 0,532 0,414 0,325 0,260 0,210 0,173 0,145 0,123 0,105 0,091 0,079 0,070 0,062 0,055 0,049 0,044 0,040 0,037 0,033 0,031 0,028 0,026 0,024 0,022 0,021 0,020 0,018	1,000 0,975 0,866 0,717 0,578 0,463 0,374 0,304 0,251 0,209 0,176 0,150 0,130 0,113 0,099 0,087 0,077 0,069 0,062 0,056 0,051 0,046 0,042 0,039 0,036 0,033 0,031 0,029 0,027 0,025 0,023	1,000 0,976 0,875 0,739 0,612 0,505 0,419 0,349 0,294 0,250 0,214 0,185 0,161 0,141 0,124 0,110 0,099 0,088 0,080 0,072 0,066 0,060 0,055 0,051 0,047 0,043 0,040 0,037 0,035 0,033 0,031	1,000 0,977 0,879 0,749 0,629 0,530 0,449 0,383 0,329 0,285 0,248 0,218 0,192 0,170 0,152 0,136 0,122 0,110 0,100 0,091 0,084 0,077 0,071 0,065 0,060 0,056 0,052 0,049 0,045 0,042 0,040	1,000 0,977 0,881 0,754 0,639 0,545 0,470 0,410 0,360 0,319 0,285 0,255 0,230 0,208 0,189 0,172 0,158 0,145 0,133 0,123 0,113 0,105 0,098 0,091 0,085 0,079 0,074 0,069 0,065 0,061 0,058	1,000 0,977 0,881 0,755 0,642 0,550 0,477 0,420 0,374 0,337 0,306 0,280 0,258 0,239 0,223 0,208 0,196 0,185 0,175 0,166 0,158 0,150 0,143 0,137 0,132 0,126 0,122 0,117 0,113 0,109 0,106

Практическое занятие № 5

Тема. Свайные фундаменты. Порядок проектирования, принятие основных решений и определение несущей способности свай.

Свайные фундаменты обычно состоят из свай, заглубленных в прочные малосжимаемые слои грунта и ростверка – балки или плиты, объединяющих сваи и передающих на них нагрузку от сооружения. Поэтому проектирование включает принятие решений, относящихся к обоим указанным элементам, конструирование свайного фундамента и расчеты его совместно с основанием по предельным состояниям.

Проектирование осуществляется в следующем порядке:

1) Анализ сооружения, сбор нагрузок.

2) Анализ инженерно – геологических условий, выбор несущего слоя.

3) Назначение глубины заложения ростверка, выбор его типа, материала, предварительных размеров в плане.

4) Выбор типа свай (забивные, буровые, набивные и др.), определение длины и поперечного сечения.

5) Определение несущей способности и допускаемой нагрузки на сваю.

6) Определение числа свай

7) Размещение числа свай, уточнение размеров и конструирование ростверка

8) Расчеты свайного фундамента по предельным состояниям

П р и м е р. Проектируется свайный фундамент опоры моста размерами в плане b₀ l₀=3 7,6 м. Нагрузки на уровне обреза:

F_vI⁰ = 10440 кН; F_hI⁰ = 72 кН; M_I ⁰= 1740 кНм. Опора в русле реки, глубина воды 1м, глубина расчетного размыва 0,5 м, геологическое строение приведено на рис. 7.

Размеры ростверка в плане назначаем конструктивно, увеличивая с каждой стороны на 0,5м. Тогда b_p l_p = 4 8.6м. Верх ростверка на 0,5м ниже ГВМ, высота железобетонной плиты ростверка h_p=2м, что и определяет его глубину заложения.

Принимаем сваи призматические железобетонные сплошного сечения. Длину сваи определяем из условия заглубления в несущий слой – полутвердую глину (не менее 1м); кроме того, учитываем заделку сваи в ростверк (конструктивно ,где d –сторона или диаметр поперечного сечения сваи). Принимаем стандартную сваю длиной 8м и d=0,35м (С8-35), увеличив заглубление в несущий слой до 1,3м.

Несущую способность сваи определяем по формуле:

, (22)

где - коэффициенты условий работы, зависящие от вида грунта, способа погружения; для свай, погружаемых забивкой, ;

R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, принимаемое по табл.8

A - площадь поперечного сечения сваи;

u - периметр сваи;

f_i - расчетное сопротивление i-го слоя грунта мощностью h_i на боковой поверхности сваи, принимаемое по табл.9

Сумма должна быть равна мощности всех слоев, пройденных сваей; при этом, если толщина однородного геологического пласта больше двух метров, то его следует расчленить на отдельные слои, чтобы в формуле (22) соблюдалось условие 2м. Для песков плотного сложения определенных по табл. 8, 9 значения

R повышаются на 60 %, а f_i – на 30 %.

Таблица 8

Расчетные сопротивления грунта под нижним концом забивных свай и свай – оболочек.

Глубина забивки сваи. м	Расчетное сопротивление песчаных грунтов средней плотности
гравелистые	крупные	-	Средней крупности	мелкие	пылеватые
и глинистых грунтов с консистенцией JL, МПа
0,0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6
	7,5 8,3 8,8 9,7 10,5 11,7 12,6 13,4 14,2	8,5 9,5	3,8 4,3 5,6 6,2 6,8 7,4	5,2 5,6	2,9 3,2 3,5 3,8 4,1	1,1 1,25 1,3 1,4 1,5 1,65 1,8 1,95 2,1 2,25	0,6 0,7 0,8 0,85 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4

П р и м е ч а н и е. Значения R в числителе соответствуют пескам средней плотности, а в знаменателе – глинистым грунтам.

Таблица 9

Расчетные сопротивления по боковой поверхности свай и свай –

оболочек f, кПа

Расстояние от расчетной поверхности грунта до середины рассматриваемого слоя, м	Расчетное сопротивление f песчаных грунтов средней плотности
Крупные и средней крупности	мелкие	пылеватые
И глинистых грунтов с консистенцией JL, кПа
0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0

П р и м е ч а н и я. 1. Для плотных песков значение f увеличивается на 30%.2. Для промежуточных глубин залегания слоев и консистенции глинистых грунтов значения f определяют интерполяцией.

Разбивка на расчетные слои показана на рисунке 7а.

При определении R и f_i по табл. 8,9 глубины отсчитываем от ЛТР, т. е. дна водотока после размыва. По табл. 8 при глубине 107,5 - 99,2 = 8,3м и J_L= 0,14, интерполяцией находим R = 6085,3 кПа.

По табл.9 для первого слоя (мелкий песок), при глубине его середины 1,75м находим f₁ =28,2 кПа. Определив также и другие значения fi, рассчитываем несущую способность сваи:

кН

Допускаемая нагрузка на сваю равна: кН

Необходимое число свай определяется по формуле:

, (23)

где - коэффициент увеличения числа свай, учитывающий действие горизонтальной силы и момента; здесь принимаем его 1,3.

-расчетный вес ростверка при удельном весе железобетона 25 кН/м³ и коэффициенте надежности 1,1 получаем:

кН

Подставляя значения в формулу, получаем:

Округляем полученное число свай до 21 и размещаем их в три ряда по семь свай в ряду. Схема размещения и размеры ростверка показаны на рис. 7б.

Практическое занятие №6.

Тема. Расчеты свайного фундамента по I группе предельных состояний.

Расчеты имеют целью обеспечить прочность свай, ростверка, грунта основания.

Для любой сваи должно выполняться условие:

, (24)

где N_i - расчетная нагрузка на сваю.

Р = ;

- допускаемая нагрузка.

Условие (24) допускается проверить для наиболее нагруженной сваи, усилие на которую определяется по формуле:

, (25)

где F_vI, M_I - расчетные вертикальная нагрузка и момент в уровне подошвы ростверка;

y_max – расстояние в направлении действия момента до оси наиболее удаленной сваи;

Дата добавления: 2015-11-04