3. Проектирование фундамента мелкого заложения на естественном основании

3.1 Определение глубины заложения подошвы фундамента

Глубину заложения фундамента следует определять с учётом:

- назначения и конструктивных особенностей проектируемого сооружения;

- величины и характеристики нагрузок, воздействующих на основание;

- инженерно-геологических условий площадки строительства (физико-механических свойств грунтов, характера напластований);

- гидрогеологических условий площадки и возможных их изменений в процессе строительства и эксплуатации сооружений;

- глубины сезонного промерзания грунтов.

В качестве основания опоры моста следует принимать малосжимаемые или скальные грунты, а также грунты средней сжимаемости (песчаные грунты средней плотности или тугопластичные глинистые грунты). Фундаменты мостов запрещается опирать на просадочные и заторфованные грунты, а также на глинистые грунты с показателем текучести I1 > 0.5 .

Такие грунты следует проходить, опирая подошву фундамента на более прочные грунты.

Высоту фундамента hф определяют как расстояние от подошвы до его обреза (горизонта меженных вод-ГМВ). Для опор, возводимых на суходоле, обрез фундамента назначают на 0,1-0,25 м ниже уровня поверхности грунта. Нормативную глубину промерзания грунта, если она менее 2,5 м, определяют по формуле

где M1 - коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе; d0 - глубина промерзания, зависящая от вида грунта .

Фактическая глубина заложения фундамента зависит от всех перечисленных факторов и при сооружении фундаментов в открытом котловане её следует назначать в пределах от 3 до 6 м, считая от поверхности грунта на суходоле. В выбранный несущий слой грунта фундамент должен быть заглублён не менее, чем на 0,5 м, учитывая возможность наклонного расположения слоев.

Так как в первом слое глины I1 = 0,61 ,то опору подошвы фундамента нужно расположить во втором слое глины I1 = 0,3 что удовлетворяет требованиям.

Высоту фундамента hф примем равную = 6,5 м.

Абсолютная отметка подошвы фундамента —129,4 м

3.2 Определение площади подошвы и размеров уступов фундамента

Размеры обреза фундамента в плане принимают больше размеров над фундаментной части опоры на величину обреза с = О.15 /0,3О м в каждую сторону для компенсации возможных отклонений положения и размеров фундамента при разбивке и производстве работ. Минимальная площадь подошвы фундамента:

Аmin =(3.2 •10,4) = 33,3 м2

Максимальную площадь подошвы фундамента при заданной высоте hф определяют исходя из нормированного условия обеспечения жёсткости фундамента. Она заключается в том, что линия уступов или наклон граней фундамента, как правило, не должны отклоняться от вертикали на угол более 30°. Отсюда:

Amax= (b0+2•hф•tg300) • (l0+2•hф•tg300)

С учётом того, что tg30° = 0.577 , получим:

Amax = (b0+1.16•hф) • (l0+1.16•hф)

где hф - высота фундамента (расстояние от обреза фундамента до его подошвы); b0 и l0- ширина и длина над фундаментной части опоры в плоскости обреза фундамента.

Amax = (3,2 +1,16•6,5)•(10,4 + 1,16•6,5)= 10,74•17,94 = 192.68м2 123 м2

Для окончательного определения размеров подошвы фундамента необходимо выполнить ряд дополнительных условий. Размеры фундамента определяются методом последовательных приближений. Требуемая площадь подошвы фундамента в первом приближении может быть определена по формуле:

где ,-расчётная вертикальная сила по обрезу фундамента (без учёта веса фундамента и грунта на его уступах), мН; R - расчётное сопротивление грунта основания, мПа. В первом приближении R можно подсчитать по формуле

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

при b - 3.2 м; ср - средний удельный вес кладки фундамента и грунта на его уступах; в работе разрешено принять ср = 0,02 мН/м3; f -коэффициент надёжности временной подвижной нагрузки; - коэффициент, приближённо учитывающий действие момента, ср= 1.2; w - удельный вес воды, w = 0.01 мН/м3; hw - расстояние от уровня подземных вод или уровня меженных вод до подошвы фундамента.

R=1,7• {0,23(1+0,02• (3,2-2)]+1,5•0,02• (6-3)} = 0,56 МПа

=1,1 • (4,30 + 1,00) + 1,14•4,80 = 5,83+5,47=11,30 мН

A=1,2•5,83+5,47 / 0,56-1,1•0,02•6.5 = 29,90 м2

Так как полученная величина А < Amах , то за расчётную площадь принимаем

Amin= А •1,25=37,38 м2

hф = 6,5 м lmin= 10,4 м bmin= Amin / lmin= 3,6 м

3.3 Определение расчётного сопротивления грунта под подошвой фундамента

Расчётное сопротивление нескального грунта под подошвой фундамента определяется по формуле:

где R0 - условное сопротивление грунта, b =0,25 МПа, b - ширина подошвы фундамента, м; d - глубина заложения фундамента, м; -осреднённое по слоям расчётное значение удельного веса грунта, расположенного выше подошвы фундамента, вычисленное без учёта взвешивающего действия воды, кН/м3, допускается принимать =0.02 кН/м3; k1 , k2 - коэффициенты, принимаемые по таблице 3.1.

R=1,7•{0,25•[1+0,02•(3,6-2)]+1,5•0,02•(6-3)} = 1,7•{0,25•(1,032)+0,09}= 0,348 МПа

3.4 Проверка напряжений под подошвой фундамента (расчёт основания по 1 группе предельных состояний по прочности и устойчивости)

Расчёт необходим для определения средних, максимальных и минимальных напряжений (давлений) на основание по подошве фундамента и сравнения их с расчётным сопротивлением грунта.

Pmax = Pm + Mu / W  1,2R*

где Pm , Pmax , Pmin - соответственно среднее, максимальное и минимальное давление подошвы фундамента на основание, МПа; N1 - расчётная вертикальная нагрузка на основание с учётом гидростатического давления массы воды, если оно имеет место, мН; Mu - расчётный опрокидывающий момент относительно оси проходящей через центр тяжести подошвы фундамента, мН • м ; А- площадь подошвы, м2 ; W- момент сопротивления по подошве фундамента, м3

I - длина подошвы фундамента; b - ширина подошвы фундамента; R - расчётное сопротивление грунта под подошвой фундамента, МПа, определяется с учётом принятой ширины и глубины его заложения; с - коэффициент условий работы, принимается равным 1,2; п - коэффициент надёжности по назначению сооружения, принимается равным 1,4.