Основания и фундаменты транспортных сооружений: Электронный учебник, страница 11

Таблица 3.4

3.3.3. Проверка несущей способности слабого подстилающего

слоя основания

Если несущий слой грунта  подстилается более слабым грунтовым слоем, у которого условное расчетное сопротивление  меньше, чем у несущего, необходимо проверить напряжение в уровне кровли этого слоя, находящейся на глубине  от подошвы фундамента по условию:

                                    ,                                        (3.8)                    

где g - осредненный по глубине  удельный вес грунта, кН/м³ , допускается принимать g = 20 кН/м³; a - коэффициент рассеивания напряжений в основании от дополнительного давления по подошве фундамента, определяемый в зависимости от соотношения размеров подошвы фундамента a/b и отношения z/b;  - среднее давление на грунт по подошве фундамента;  - то же, что и в формуле (3.8); - расчетное сопротивление подстилающего слоя грунта, определяемое для глубины расположения кровли этого слоя от поверхности и ширины подошвы фундамента b по формуле:

                  ,                                     (3.9)

где  - условное сопротивление и коэффициенты для грунта слабого слоя.

Коэффициент рассеивания напряжений  рассчитывается по формуле:

,         (3.10)

где  и  ,  (-расстояние от подошвы фундамента до рассматриваемой точки).

          Значения коэффициента  в технической литературе обычно приводятся в табличной форме.

3.3.4. Проверки устойчивости положения фундамента

1. Проверка устойчивости фундамента против опрокидывания. Эта проверка производятся на возможность опрокидывания фундамента вокруг одного из нижних ребер от действия нагрузок в двух направлениях:

                                                  ,                                                  (3.11)

где M_u - момент опрокидывающих сил относительно соответствующего ребра фундамента, принимается равным моменту M внешних сил; M_z - момент удерживающих сил относительно того же ребра:

                                                     ,                                                  (3.12)  

где - вертикальная сила; = 0,8 - коэффициент условий работы;  = 1,1 - коэффициент надежности по назначению сооружения; (при расчете вдоль моста) и (при расчете поперек моста).

2. Проверка устойчивости фундамента против сдвига в плоскости его  подошвы. Эта проверка выполняются по условию:

                                                               ,                                        (3.13)

где Q_r - сдвигающая сила, которая принимается равной сумме проекций сдвигающих сил на направление возможного сдвига, равная горизонтальной нагрузке F_h на фундамент в плоскости его подошвы;  Q_z - удерживающая сила:

                                                               ,                                         (3.14)

здесь y - коэффициент трения кладки материала фундамента (бетона) по грунту, принимаемый равным для глин - 0,25, для суглинков и супесей - 0,3, для песков – 0,40; m = 0,9 - коэффициент условий работы; g_n = 1,1 - коэффициент надежности.

3.3.5  Проверка устойчивости основания против глубокого сдвига

Проверка устойчивости фундамента мелкого заложения против глубокого сдвига основания выполняется для устоев мостов с высокими подходными насыпями или в случаях, когда фундаменты располагаются на крутых косогорах.

Для оценки устойчивости используется плоская расчетная схема метода отсеков. Согласно этой расчетной схеме в грунтовом массиве линией скольжения выделяется возможная область обрушения. В некоторых случаях положение и форма линии скольжения предопределяется геологическим строением основания, например наличием прослойки слабых грунтов. Если же форма линии скольжения заранее неизвестна, то ее очертание принимают, как правило, в виде дуги окружности. Метод расчета с использованием таких линий скольжения называется методом круглоцилиндрических поверхностей скольжения.

Выделенная область обрушения разбивается вертикальными линиями на n отсеков (рис. 3.6). В поперечном направлении размер рассматриваемой области b принимается равным размеру подошвы фундамента в этом же направлении. В каждом отсеке определяется равнодействующая сила P_i, включающая в себя все силовые воздействия в расчетной плоскости в пределах этого отсека за исключением сил, действующих по его боковым граням и подошве. Эти силы условно прикладываются к середине участка линии скольжения в i-м отсеке, криволинейное очертание которого заменяется прямыми отрезками.

Рис. 3.6. Расчетная схема к оценке устойчивости против глубокого сдвига

Равнодействующая P_i, в общем случае составляющая с вертикалью некоторый угол d_i, раскладывается на нормальную N_i и касательную T_i к отрезку линии скольжения составляющие:

                            ,                   ,          (3.15)

где a_i - угол наклона отрезка линии скольжения в i-м отсеке к горизонтали.

          Силы T_i рассматриваются как сдвигающие силы. Удерживающие силы обусловлены сопротивлением грунта сдвигу и определяются согласно закону Кулона:

                                      ,                                                  (3.16)

где  - параметры прочности грунта по линии скольжения в пределах -го отсека

Коэффициент устойчивости k_у представляет собой отношение суммы удерживающих сил к сумме сдвигающих сил:

                                                                 =.                                    (3.17)

Меняя положение линии скольжения (для круглоцилиндрической поверхности изменяют положение ее центра и радиус), отыскивается минимальное значение коэффициента устойчивости. Для обеспечения устойчивости рассчитываемого фундамента необходимо выполнить условие:

.                                                                                                    (3.18)

3.4. Расчеты по второй группе предельных состояний

3.4.1. Определение осадки основания фундамента

Расчеты второй группе предельных состояний выполняются с целью проверить назначенные размеры фундамента по предельно допустимым деформациям, при которых сооружение (мост) может еще нормально выполнять свои эксплуатационные функции.