Геометрические размеры нижней части опоры:

в_оп=260+h/15=260+720/15=308 см

l_оп=B₂+370+h/15=240+370+720/15=658 см

Высота фундамента: d_ф = d_п - 0,5 = 6,8 - 0,5=6,3 м.

Объём опоры:

, где

S₁=(2,4+3,7)·2,6 =15,86 м²

S₂=3,08·6,58=20,27 м²

V_оп=1/3·(7,2+0,5)·(15,86+20,27+)=138,8 м³

Собственный вес опоры:

G_оп=V_оп·г_бет

G_оп=138,8 ·25=3470 кН

Минимальная и максимально возможная площадь фундамента:

Размеры фундамента эскиз

;

=(3,08+2·0,4)·(6,58+2·0,4)=28,63 м²

(3,08+2·6,3 ·tg30⁰)·(6,58+2·6,3·tg30⁰)=143,5 м²

Вертикальная составляющая нагрузки на обрез фундамента при основном сечении:

Горизонтальная составляющая вдоль оси моста:

Н_II=0,7·520=364 кН

Основанием фундамента служит делювиальная коричневая глина с характеристиками: R₀=429,9 кПа, ц=19,9⁰, С=0,038мПа

Требуемая площадь фундамента определяется:

где г_mt=20 кН/м³ - среднее значение удельного веса кладки фундамента и грунта на его уступах;

В нашем случае А₁<А_max,следовательно глубину заложения фундамента увеличивать не надо.

Коэффициент отношения сторон нижней части опоры:

Размеры фундамента следующие:

м - ширина;

м - длина;

Определяем вес фундамента и грунта на его уступах с учетом взвешивающего действия воды на грунт:

где V_ф - объем фундамента

г_бет=25 кН/м³ - удельный вес бетона.

Вычисляем приведенные к центру тяжести подошвы нагрузки для расчета по второй группе предельных состояний:

При расчете момент М_надз не учитывается т.к. расчет производится по второй группе предельных состояний.

Расчетное сопротивление грунта основания для расчета по второй группе предельных состояний находим по формуле 7 СНиП 2.02.01-83.

где _с1 и _с2 - коэффициенты, условий работы, принимаемые по табл. 3 (_с1=1,25 и _с2=1,1);

k - коэффициент, принимаемый равным: k=1, если прочностные характеристики грунта ( и с) определены непосредственными испытаниями, и k=1,1, если они приняты по табл. 1-3 рекомендуемого приложения 1 (в расчете принят 1);

М_, М_q, M_c - коэффициенты, принимаемые по табл. 4 СНиП (М=0,506, М_q=3,043, M_c=5,642 для ц=19,9⁰);

K_z - коэффициент, принимаемый равным:

при b 10 м - k_z=1, при b 10 м - k_z=z₀ /b+0,2 (здесь z₀=8 м);

с_II=38 кПа - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа;

d₁ - глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, в расчете принимаем 5,6 м.

Подставив эти данные в формулу получаем:

Проверяем выполнение условий:

Проверка не сходится, следовательно следует увеличить площадь фундамента.

Определяем вес фундамента и грунта на его уступах с учетом взвешивающего действия воды на грунт:

где V_ф - объем фундамента

г_бет=25 кН/м³ - удельный вес бетона.

Вычисляем приведенные к центру тяжести подошвы нагрузки для расчета по второй группе предельных состояний:

Проверяем выполнение условий:

Все условия выполняются с запасом, но уменьшения площади нерационально т.к. опрокидывающий момент может создать большой крен фундамента.

В дальнейший расчет принимаем:

2.3 Определение осадки основания

При определении осадки пользуемся схемой линейно-деформируемого слоя, так как практический несжимаемый грунт лежит в самом нижнем слое разреза. Расчет осадок производится на основное сочетание нагрузок без учета временной поездной нагрузки Q, так как осадки не за период действия нагрузки не успевают развиться.

Основное условие расчёта:

S ?Su,

где S - расчётное значение осадки опоры,

Su - предельное (допускаемое) значение вертикального смещения опоры, см, определяемое эмпирической зависимостью

где L - длина меньшего примыкающего к опоре пролёта, м, принимаемая не менее 24 м.

Вертикальная составляющая нагрузки, приведённая к центру тяжести подошвы фундамента (без учёта нагрузки от веса поезда).

Дополнительное давление на основание под подошвой фундамента

;

Расчет осадки выполняем используя формулу (1) приложения 2 СНиП:

Здесь - среднее значение дополнительного вертикального напряжения в i-м слое грунта по вертикальной оси, проходящей через центр подошвы фундамента -соответственно, толщина и модуль деформации i-го слоя грунта, n-число слоев, на которые разбита сжимаемая толщина основания.

Положение таблицы сжимаемой толщены - Н_с - можно определить графически как точку пересечения эпюр и , для этого эпюры должны быть постоянны в одном масштабе.

Расчет осадки фундамента удобно вести в табличной форме

В курсовом проекте рассматривается устройство свайного фундамента из свай-стоек.

3.1 Выбор глубины заложения и глубины свай

Глубину заложения свайного ростверка назначаем исходя из следующих условий:

- по инженерно-геологическим условиям:

- по гидрологическим условиям:

В дальнейший расчет принимаем наибольшую из полученных глубин заложения от поверхности дна водоема d_n=2,7 м, что соответствует абсолютной отметке 68,8 м. Обрез ростверка располагается на 0.5 м ниже поверхности дна, т.е. абсолютная отметка обреза 71 м. Высота ростверка d_ф=2,2 м. Минимальные размеры подошвы ростверка в плане, как и фундамента на естественном основании:

3.2 Расчет свайного фундамента

Анализ инженерно-геологического разреза показывает, что концы свай могут быть погружены в аллювиальную темно-серую супесь. В соответствии с ГОСТ 19804.1-84 сечение сваи (300Ч300) мм тип: С-11-30 с диаметром арматуры 16 мм по 4 стержня класса А-II класс бетона В20. Глубина заделки в ростверк:

Определяем несущую способность одной сваи по сопротивлению грунта в соответствии с п. 4.2. СНиП2.02.03-85:

где _c - коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый _c = 1;

R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, принимаемое по табл. 1, R=8414,2 кПа (значение определено интерполяцией);

A - площадь опирания на грунт сваи, м², принимаемая по площади поперечного сечения сваи брутто или по площади поперечного сечения камуфлетного уширения по его наибольшему диаметру, или по площади сваи-оболочки нетто А=0,09 м²;

u - наружный периметр поперечного сечения сваи, u=4·0,3=1,2 м;

f_i - расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа, принимаемое по табл. 2;

h_i - толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м;

_cR и _cf - коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи на расчетные сопротивления грунта и принимаемые по табл. 3., оба коэффициента приняты равными 1.

Подставив данные в формулу, имеем:

Расчетная нагрузка допускаемая на сваю по грунту:

где г_k=1.4 - коэффициент надежности, принимаемый по п. 3.10 СНиП.

Несущая способность сваи по материалу:

где ц=1 - коэффициент продольного изгиба;

г_с=1 - коэффициент условий работы для свай сечением менее 30Ч30 см;

г_cb=1 - коэффициент условий работы бетона сваи;

R_b=10,5 МПа - расчетное сопротивления бетона одноосному сжатию для марки бетона В20.

R_s=250 МПа - расчетное сопротивление сжатию арматуры класса А-II;

г_a=1 - коэффициент условий работы арматуры;

А=0,09 м² и А_а=0,000201 м² - площади сечений соответственно сваи и арматуры.

Коэффициент использования прочности материала сваи и грунта основания:

Требуемое количество свай:

где - расчетная вертикальная нагрузка на обрез фундамента рассчитанная по I-й группе предельных состояний.

k=1.2 - коэффициент косвенно учитывающий влияние момента от горизонтальных нагрузок на сваю;

d=2,7 м - глубина заложения ростверка от поверхности дна водотока после размыва;

a=0,9 м - минимальное расстояние между сваями в плоскости их нижних концов;

г_mt=20 кН/м³ - среднее значение удельного веса кладки фундамента и грунта на его уступах.

По расчетному количеству свай конструируем новый ростверк, располагая сваи в 3 ряда по 5 шт. в ряд. Расстояние между сваями принимаем наименьшее допустимое по СНиП равным:

Тогда требуемая длина и ширина ростверка:

Основные характеристики ростверка:

- высота ростверка 2,2 м;

- длина подошвы ростверка 8 м;

- ширина подошвы 3,8 м;

- объем ростверка 66,89 м³;

- вес ростверка 1672 кН;

Вес свай:

где г_b=25 кН/м³ - удельный вес бетона.

Расчетные нагрузки действующие в уровне подошвы ростверка:

- вертикальная составляющая:

- горизонтальная составляющая вдоль моста:

- опрокидывающий момент внешних сил, действующих вдоль моста:

- горизонтальная составляющая и момент поперек моста:

По формуле (3) СНиП [6] определяем расчетную нагрузку, предаваемую на крайние сваи:

- при действии нагрузок вдоль моста:

Проверка не сходится, следовательно увеличим количество свай до 21.

Расположим сваи в 3 ряда по 7 штук.

Тогда требуемая длина и ширина ростверка:

Основные характеристики ростверка:

- высота ростверка 2,2 м;

- длина подошвы ростверка 11,6 м;

- ширина подошвы 4,4 м;

- объем ростверка 112,3м³;

- вес ростверка 2807 кН;

Вес свай:

где г_b=25 кН/м³ - удельный вес бетона.

Расчетные нагрузки действующие в уровне подошвы ростверка:

- вертикальная составляющая:

- при действии нагрузок поперек моста:

где n - количество свай в ростверке;

x и y - расстояния от главных осей до оси сваи для которой вычисляется расчетная нагрузка;

x_i и y_i - расстояния от главных осей до каждой сваи.

В обоих случаях действия нагрузки, условия N_max ? 1.1F_v, N_min>0 выполняются.

Определяем расчетные значения горизонтальных перемещений U_p и угол поворота ш_p головы сваи при действии горизонтальных нагрузок вдоль моста по методике изложенной в приложении 1 к СНиП [6]. Конструкция низкого ростверка предполагает, что он прорезает слой слабого грунта, сваи погружают в прочные грунты на глубину значительно превышающую 10d (где d - сторона сечения сваи). Зоны предельного равновесия в верхней части грунта, окружающей сваю не образуется. В связи с этим выполняем одностадийный расчет свай по п. 12 приложения 1 к СНиП 2.02.03-85.

Поперечная сила H и изгибающий момент M, действующие на голову сваи в уровне подошвы ростверка, определяем от горизонтальных нагрузок при г_f=1 и при допущении равномерного распределения между сваями:

Т.к. ростверк низкий, принимаем H=H₀, M=M₀, U_p=U₀, ш_p=ш₀.

Определяем члены уравнений (30) и (31) п. 12 СНиП.

- коэффициент деформации:

где Е=27·10⁶ кПа - модуль упругости бетона, принимаемый по таблице 20 СНиП 2.05.03/84;

- момент инерции поперечного сечения сваи;

- условная ширина сваи;

K=6000 кН/м⁴ - коэффициент пропорциональности, принятый по таблице 1 приложения 1 к СНиП [4], для грунтов которые прорезает свая (принято средневзвешенное по мощности залегания значение.)

г_с=3 - коэффициент условий работы.

Приведенная длина свай по формуле (7) приложения 1 к СНиП [4]:

По формулам (32), (33), (34) приложения 1 к СНиП [4] определим горизонтальное перемещение и угол поворота сечения сваи от действия единичных, горизонтальной силы и момента приложенных в уровне поверхности грунта:

- горизонтальное перемещение от действия Н=1 приложенной в уровне поверхности грунта:

- угол поворота сечения от силы Н=1:

- угол поворота сечения от момента М=1:

где A₀, B₀, C₀ - безразмерные коэффициенты принимаемые по таблице 5 СНиП с учетом отпирания свай на нескальный грунт.

В связи с тем, что сопряжение головы сваи с ростверком жесткое, поворот головы сваи невозможен, т.е. ш₀=0, и на голову сваи со стороны заделки передается момент:

Горизонтальное перемещение головы сваи вычисляем по формуле (30) СНиП:

Знак «минус» означает, что при горизонтальной силе Н направленной слева направо, момент M_f направлен против часовой стрелки.

Перемещение верха опоры:

Допускаемое перемещение верха опоры: