Основания и фундаменты транспортных сооружений: Электронный учебник, страница 12

В соответствии с требованиями СНиП 2.05.03-84* [16] различные по величине осадки соседних опор моста не должны вызывать появления в продольном профиле моста углов перелома, превышающих предельно допустимые значения. Нормами ограничиваются также величины продольных и поперечных смещений верха мостовых опор. Таким образом, расчеты по второй группе предельных состояний включают:

1.  определение осадки отдельных опор моста;

2.  определение горизонтальных смещений верха опор.

Эти расчеты производят, используя сочетания нагрузок, вычисленные с коэффициентом надежности  g_f =1,0.

Равномерную осадку основания фундамента определяют по среднему дополнительному давлению на грунт от вертикальных  нагрузок. При этом рекомендуется пользоваться методом послойного суммирования. Рассмотрим последовательность расчета.

Во-первых определяют среднее давление (кПа) по подошве фундаментаи вертикальное природное (бытовое) напряжение :

                                          ,                 ,                              (3.19)                   

 где  - результирующая вертикальной нагрузки в уровне подошвы фундамента;  - усредненный по глубине  удельный вес грунта (кН/м³) при средней в пределах этой глубины плотности грунта с учетом взвешивающего действия воды на грунт во всех случаях, кроме суглинка и глины;  - глубина заложения фундамента от природной поверхности грунта NL или дна водотока (без учета размыва).

Удельный вес грунта с учетом взвешивающего действия воды  определяется по формуле:

                                                 .                                                  (3.20)

При заглублении подошвы фундамента ниже водоупора (суглинка или глины) к напряжению  добавляют давление воды, равное , где  - высота столба воды над кровлей водоупора от заданного уровня поверхности воды

          Далее определяют дополнительное напряжение по подошве фундамента:

                                                  .                                                (3.21)

          Грунтовую толщу ниже подошвы фундамента разбивают на отдельные расчетные слои толщиной =0,2 ( - меньший размер подошвы), но не более 2 м. Разбивку основания  на слои производят с таким расчетом, чтобы их границы совпадали с границами геологических слоев. Определяют бытовые напряжения на границах выделенных слоев от собственного веса лежащего выше грунта:

                                                  ,                                       (3.22)

где  - удельный вес грунта i-го слоя (водопроницаемые грунты - с учетом  гидростатического взвешивания); h_i - толщина i -го слоя грунта;  - число слоев.

При наличии водоупора (суглинка или глины) на его границе и ниже к напряжениям  добавляют давление воды, равное . По вычисленным значениям , для наглядности, слева от вертикальной оси строят эпюру этих напряжений (рис 3.7).

          На тех же уровнях определяют дополнительные вертикальные напряжения :

,                                                                                                        (3.23)

где  - коэффициент рассеивания напряжений, рассчитываемый по формуле (3.10).

Рис. 3.7. Схема к расчету осадки основания фундамента

Справа от вертикальной оси по вычисленным значениям строят эпюру дополнительных напряжений до той глубины, где:

                                                  .                                                  (3.24)

Границу, где выполняют это условие, принимают за нижнюю границу зоны сжатия основания. Считается, что осадка основания обусловлена сжатием толщи грунта от подошвы фундамента до этой границы. Эта область называется активной зоной сжатия грунта.

Осадку основания в пределах активной зоны сжатия вычисляют по формуле Гука для одноосного сжатия:

                                                                                            (3.25)

где  - число слоев в пределах сжимаемой толщи основания;  - среднее дополнительное напряжение в пределах -го слоя; - модуль деформации грунта этого слоя.

          С помощью коэффициента 0,8 в формуле (3.25) приблизительно учитывается ограниченность бокового расширения грунтовой среды.

3.4.2. Проверка горизонтального смещения верха опор

Горизонтальное перемещение верха опоры определяют по формуле:

                                                     ,                                        (3.26)

где  - горизонтальное перемещение опоры за счет деформации изгиба тела опоры и фундамента, которое при жесткой конструкции опоры и фундамента разрешается считать равным нулю; ,  - высота опоры и фундамента;  - угол поворота фундамента (крен), рад.

Крен фундамента w, который измеряется тангенсом угла его наклона к вертикали, появляется в двух случаях:

1) при неравномерном давлении подошвы фундамента на основание за счет внецентренного ее загружения внешней нагрузкой, в связи с чем под более нагруженной гранью фундамент получает большую осадку;

2) в результате того, что грунты под разными участками площади подошвы фундамента неоднородны по сжимаемости и даже  при равномерном давлении возникает крен в сторону более сжимаемой части основания.

Проявлению крена фундамента противодействует не только основание под ним, но и грунт, окружающий его выше подошвы. Очевидно, что у более заглубленных фундаментов это противодействие больше. Поэтому крены фундаментов глубокого заложения определяют с учетом их защемления в грунте специальными расчетами, которые будут рассмотрены в соответствующих разделах курса.

При мелком заложении на однородных грунтах основания крен фундаментов с прямоугольной или круглой подошвой при внецентренном загружении определяют по формуле:

                                                   ,                                             (3.27)
где n - коэффициент Пуассона; E - модуль деформации грунта в основании; K_i — коэффициент, принимаемый по табл. 3.5; F_v - вертикальная составляющая равнодействующей нагрузок на фундамент в уровне его подошвы; e - эксцентриситет действия силы F_v; a — диаметр круглого или сторона прямоугольного фундамента, в направлении которой действует момент силы F_v.