книги / Проектирование мостов и путепроводов на автомобильных дорогах

нагрузки, как и расчетное сопротивление грунта, зависят от раз­ меров фундамента, которые в начале расчета бывают неизвест­ ны. При определении размеров подошвы фундамента следует произвести также расчет на сочетания нагрузок.

Обычно размеры подошвы фундамента определяют путем последовательных попыток. Предельную ширину подошвы жест­ кого фундамента можно определить по углу распределения дав­ лений в материале (бетоне или бутобетоне) из уравнения (см. рис. 42)

£np=&o + 2 tftg a > Ь,

где Ьа— ширина опоры у обреза фундамента; Н — висота фундамента от несущего слоя до обреза;

о=30® — угол распределения давления в материале фундамента.

Имея ширину прямоугольного фундамента Ъ (или задавшись ею), при действии изгибающего момента в направлении меньшей стороны больший размер подошвы фундамента можно получить из выражения

К— коэффициент, приближенно учитывающий собственный вес фундамента, вес грунта и воды на его уступах, принимае­ мый равным 1,2—1,3-

Установив а и Ь, намечают число и размеры ступеней фунда­ мента. При этом следует учесть, что в уровне обреза фундамента величина уступов в обе стороны от наружной грани опоры на­ значается до 1 м. Это дает возможность при случайном смеще­ нии в плане фундамента против проекта обеспечить проектное расположение опоры.

В дальнейшем (после первого приближения) определяют различные сочетания нагрузок, действующих по подошве фунда­ мента (с учетом его веса, веса грунта и воды на уступах), и про­ изводят расчеты.

Проверка наибольшего и среднего давления на грунт под по­ дошвой фундамента [33]. Среднее давление на грунт, тс/м2, под подошвой фундамента

81

_ N

где N — расчетная с учетом коэффициента перегрузки в сочетаниях нормаль­ ная сила в уровне подошвы фундамента от заданной комбинации на­ грузок без учета гидростатического давления, тс.

Давление на грунт под подошвой фундамента от момента сил

м

где М — изгибающий момент от расчетных сил, действующий по подошве фундамента;

W — момент сопротивления площади фундамента.

Наибольшее давление на грунт под подошвой фундамента

82

Проверка давлений сводится к проверке условий

Проверка фундамента на крен при учете только нормативных нагрузок (проверка положения равнодействующей активных сил на уровне подошвы фундамента). Нормативная сила и изгиба­

устройстве подошвы на скальных грунтах (для мостов любой величины) и на нескальных (для малых мостов).

Расчет фундамента на устойчивость против опрокидывания при действии расчетных постоянных и временных нагрузок. С учетом гидростатического давления этот расчет производится по формуле

т

опирании на нескальные грунты и 1,0 при опирании на скальные грунты;

Ка —1,2 — коэффициент надежности; Ь — ширина фундамента в плоскости действия расчетных сил.

Расчет фундамента на устойчивость против плоского сдвига (скольжения) при действии расчетных постоянных и временных нагрузок (с учетом гидростатического давления). Коэффициенты перегрузки принимают равными 0,9, а для гидростатического давления 1,1. Расчет производится по формуле

т

где Гсдв — сдвигающая суммарная расчетная (с учетом коэффициента пере­ грузки и сочетания нагрузок) горизонтальная сила, тс.

ф — коэффициент трения кладки по грунту. В зависимости от вида и состояния грунта под подошвой фундамента для глии и скальных пород с омывающейся поверхностью (глинистые известняки, сланцы и др.) во влажном состоянии принимают ф=0,25; для суглинков и супесей ф=0,3; для песков ф=0,4; для гравийных и галечных грун­ тов ф=0,5; для скальных пород, кроме оговоренных, ф=0,6;

/л= 0 ,8 ... 1,0; /(„=1,1.

Свайные фундаменты

Для большинства мостов и путепроводов основными видами фундаментов являются свайные. Их относят к фундаментам глу­ бокого заложения.

До недавнего времени свайные фундаменты применяли лишь при залегании плотных слоев грунта на большой глубине от дневной поверхности или дна реки (классический случай приме­ нения свай). Если же плотные грунты неглубоко залегали от дневной поверхности или дна реки, устраивали массивные фун­ даменты. Однако уже при пролетах более 20 м устройство мас­ сивных фундаментов в плотных грунтах (кроме скальных и круп­ нообломочных) невыгодно, так как понадобится увеличивать размеры фундаментов для восприятия горизонтальных сил.

В целях экономии материалов и индустриализации строитель­ ства вместо массивных фундаментов в таких случаях применяют свайные. Создание новых видов сваебойного и бурового оборудо­ вания, теоретически более обоснованных методов расчета свай­ ных фундаментов позволило расширить область их применения.

Железобетонные сваи, сваи-оболочки и буровые сваи, опира­ емые на скальную породу, выполняют из бетона марки 300, пли­ ты ростверков, буровые сваи, опираемые на нескальные грун­ ты,— из бетона марки 200, а заполнение оболочек — из бетона марки 150. Железобетонные фундаменты и их элементы следует проектировать с использованием стержневой арматуры диамет­ ром не менее 16 мм, хомуты и спиральная арматура должны иметь диаметр не менее 8 мм. Для армирования оболочек при­ меняют арматуру диаметром 14 мм и больше-

Различают два вида свайных фундаментов; с низким и высо­ ким ростверком. С точки зрения работы свай в грунте различие состоит в том, что сваи при низком ростверке, как принято счи­ тать, работают только на сжатие, а горизонтальные силы вос­ принимает ростверк (плита), заглубленный в грунт; при высо­ ком ростверке плита ростверка приподнята над грунтом или на­ ходится в слабых не несущих грунтах, причем сваи работают как на сжатие, так и на изгиб.

Нормами предусматривается проверка свай на восприятие горизонтальных сил низким свайным ростверком. Низкий рост­ верк может иметь двухъярусную и одноярусную плиту, высо­ кий— одноярусную (рис. 44). Высокий ростверк с наклонными

84

сваями экономичнее низкого, в особенности для промежуточных опор, находящихся в русле или на пойме рек, так как не требу­ ет разработки котлованов и уменьшает высоту тела опоры. Од­ нако возводить высокий ростверк сложнее, чем низкий.

Рис. 44. Схемы свайиых ростверков:

а — высокого; б и в — низкого соответственно одноярусного и двухъярусного; г — план свай.

Подошва низкого ростверка в непучинистых грунтах может быть расположена на любом уровне при условии, что толща этих грунтов распространяется ниже глубины промерзания. Если это условие не выполняется, а также в случае расположения плиты ростверка в пучинистых грунтах его подошва должна быть за­ ложена не менее чем на 0,25 м ниже уровня промерзания. По­ дошву высокого ростверка располагают не менее чем на hx + +0,25 м ниже уровня низкого ледостава (Лл — толщина льда). Верх ростверка обычно располагают на уровне ГМВ или ниже его на 0,5 м.

Головы свай и оболочек требуется заделывать в бетон плиты ростверка не менее чем на два диаметра при диаметре до 60 см и не менее чем на 1,2 м — при диаметре более 60 см. При этом слой подводного бетона не учитывается.

Допускается заделка свай и оболочек в плиту ростверка на 15 см. В таких случаях выпуски арматуры из них заделывают в плиту на длине не менее 20 диаметров арматуры периодиче­ ского профиля или не менее 40 диаметров гладкой арматуры. Армирование плиты ростверка производится сетками с защит­ ным слоем не менее 5 см.

Длину свай назначают с учетом расположения несущего слоя, на который можно опереть концы свай, требуемой несущей спо­ собности сваи и возможности ее погружения на необходимую глубину. Во всех случаях чем меньше количество свай в роствер­ ке и чем больше их несущая способность, тем экономичнее фун­ дамент.

85

F — площадь, м2, опираиия иа грунт нижнего конца сван-стойки (обо­ лочки, столба), определяемая в зависимости от вида и конструк­ ции их: для свай сплошного сечеиия равна площади поперечного сечения, для свай квадратных с круглой полостью, полых круглых оболочек (с открытым иижиим концом) — площади поперечного сечения нетто, если их полости ие заполнены бетоном, и площади поперечного сечеиия брутто, если их полости заполнены бетоном на высоту ие менее трех ее диаметров.

Для свай, опирающихся нижними концами на скальные и крупнообломочные, щебенистые, галечниковые, дресвяные и гра­ вийные грунты с песчаным, заполнением и на глинистые грунты твердой консистенции, /?Нв2000 тс/м2. Для свай-оболочек и стол­ бов, заделанных в грунт не менее чем на 0,5 м и заполненных бетоном,

где /?сж — среднее арифметическое значение временного сопротивления, тс/м2, скального груита одноосному сжатию в водонасыщениом состоя­

нии; йо — расчетная глубина, м, заделки столба в скальный грунт;

do — наружный диаметр, м, заделанной в скальный грунт части столба.

4

Для столбов, опираемых на поверхность не разрушенного вы­ ветриванием скального грунта, прикрытого слоем неразмываемых грунтов толщиной не менее трех диаметров /?*=Рсжя

Несущую способность Р0, тс, висячей сваи (квадратной, пря­ моугольной и полой круглой диаметром до 0,8 м), работающей на осевую сжимающую силу, определяют по формуле

Я0 = Km (R*F + U2 f ”Г{),

где /С* 0,7 — коэффициент однородности грунта;

m = 1 — коэффициент условий работы сваи в грунте;

F — площадь опирания сваи на грунт, м2, принимаемая равной пло­ щади поперечного сечения сваи брутто или площади поперечно­ го сечеиия камуфлетиого уширения по его наибольшему диамет­

ру;

RH— нормативное сопротивление грунта под нижним концом сваи, тс/м2 (табл. 22);

U — периметр сваи, м;

— нормативное сопротивление 1-го слоя грунта основания иа боко­ вой поверхности сваи, тс/м2 (табл. 23);

//— толщина f-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверх­ ностью сваи, м.

жать на поправочные коэффициенты тн, учитывающие способ погружения, если он отличается от забивного (табл. 24).

Несущую способность Р<ь тс, столба с уширенной пятой и без уширения, а также оболочки, работающей на осевую сжимаю­ щую силу, определяют по формуле

Р0 = Km (R“F 4- V'Z mff l lt),

где К “ 0,7; m “ 1;

87

Таблица 24. Значения поправочного коэффициента т н, учитываемые при определении нормативных сопротивлений грунтов основания висячих свай [29]

Сопротивление несвязных грунтов по боковой поверхности столба с уширенной пятой учитывается только на участке от вер­ ха столба до места пересечения его ствола с поверхностью вооб­ ражаемого конуса, имеющего в качестве образующей линию,

89

касающуюся границы уширения под углом-!, к оси столба, где

4

Ф — среднеарифметическое значение нормативного угла внутрен­ него трения грунта, залегающего в пределах указанного конуса (рис. 45). Сопротивление связных грунтов учитывается по всей длине столба.

Нормативное сопротивление # н грунта под нижним концом столба с уширенной пятой (и без уширения) и оболочки, погру­ женной с выемкой грунта из полости с последующим заполнени­ ем полости бетоном на высоту не менее трех диаметров, прини­ мается:

а) для оболочки, погружаемой с полным удалением грунто­ вого ядра из крупнообломочных грунтов с песчаным заполнени­ ем и песчаных грунтов,— по формуле

R* = 0 № H l d X + abhB°K),

а для оболочки, погружаемой с сохранением ненарушенного яд­ ра из указанных грунтов на высоту не менее 2 м,— по формуле

/?и — Р (т^о^к "Ь a iiflB K)9

где а, р, Ак и Вк — безразмерные коэффициенты, принимаемые по табл. 17

и26;

у— нормативный объемный вес грунта, тс/м3, в основании столба или оболочки с учетом взвешивания в воде;

90