Расчет оснований и фундаментов

Расчет фундамента – это, прежде всего нахождение его размеровb, l (d – уже известно (см. ранее)) – их определяют из предварительного расчета.

подбираем, исходя из одинакового распространения давления во всех направ-лениях.

3. Такой прием дает возможность найти ^RZ

Далее осуществляется проверка неравенства(1) и в случае его не выполнения необходимо перепроектировать фундамент.

4.10. Расчет устойчивости фундамента на сдвиг по подошве

Расчет фундамента на сдвиг по его подошве или по подошве грунтовой подушки производится при действии горизонтальной составляющей нагрузки на фундамент в случае нестабилизированного состояния грунтов основания, а также и стабилизированного, если не выполняется условие (5.83).

При расчете на плоский сдвиг применяется формула

Σ F_sa ≤ γ _cΣ F_sr/γ _n,

(5.92)

где Σ F_sr и Σ F_sa — суммы проекций на плоскость скольжения расчетных сил, соответственно удерживающих и сдвигающих.

Сумма удерживающих сил

Σ F_sr = (F_v – u)tgφ _I + Ac_I + E_p

(5.93)

и сумма сдвигающих сил

Σ F_sa = F_h + E_a,

(5.94)

где F_v — нормальная к плоскости скольжения составляющая расчетной нагрузки на фундамент; u — гидростатическое противодавление (при уровне грунтовых вод выше подошвы фундамента); А — площадь подошвы фундамента; F_h — касательная к плоскости скольжения составляющая нагрузки на фундамент; E_p и E_a — равнодействующие пассивного и активного давления грунта.

Равнодействующая пассивного давления грунта на вертикальную грань фундамента определяется по формуле

,

(5.95)

где d — глубина заложения фундамента со стороны возможного выпора грунта; λ _p — коэффициент пассивного давления грунта; λ _p = tg²(45° + φ _I/2).

Равнодействующая активного давления вычисляется по выражению

,

(5.96)

где d₁ — глубина заложения фундамента со стороны, противоположной возможному выпору грунта; λ _a — коэффициент активного давления грунта; λ _a = tg²(45° – φ _I/2); .

Пример 5.19. Требуется рассчитать фундамент распорной системы по схеме плоского сдвига по подошве. Грунт основания — супесь; I_L = 0, 5; е = 0, 65; с_n = 6 кПа; φ _n = 24°; γ _I = 17 кН/м³. Расчетные нагрузки на уровне подошвы фундамента F_v = 240 кН; F_h = 110 кН. Глубина заложения фундамента от уровня планировки d = 1 м, от уровня полаd₁ = 1, 5 м. Сооружение III класса. Размеры фундамента получены из расчета по деформациям; b = 1, 5 м; l = 1 м.

Решение. Расчетные значения прочностных характеристик грунта основания

c_I = c_n/γ _g = 6/1, 5 = 4 кПа; φ _I = φ _n/γ _g = 24/1, 1 = 22°.

Проверяем выполнение условия (5.83). По формуле (5.82)

tgδ = 110/240 = 0, 46; δ = 25°;

sin22° = 0, 375; tgδ > sinφ _I,

т.е. условие (5.83) не выполняется и формула (5.82) в рассматриваемом случае неприменима. Расчет следует производить по схеме плоского сдвига (рис. 5.39). Для грунтов засыпки принимаем:

γ '_I = 0, 95γ _I = 0, 95 · 17 = 16, 1кН/м³;

c'_I = 0, 5c_I = 0, 5 · 4 = 2 кПа;

φ '_I = 0, 9φ _I = 0, 9 · 22 = 20°.

Рис. 5.39. К примеру 5.19

Для вычисления равнодействующих активного и пассивного давления по формулам (5.96) и (5.95), предварительно определяем коэффициенты λ _a и λ _p, а также h_c:

λ _a = tg²(45° – 20°/2) = 0, 49;

λ _p = tg²(45° + 20°/2) = 2, 04;

м.

Тогда:

кН;

кН.

Вычисляем суммы удерживающих и сдвигающих сил по формулам (5.93) и (5.94):

Σ F_sr = (240 – 0)tg22° + 1, 5 · 1 · 4 + 22 = 124 кН;

Σ F_sa = 110 + 3, 8 = 113, 8 кН.

Проверяем условие (5.92):

γ _cΣ F_sr/γ _n = 0, 9 · 124/1, 1 = 102 кН < 113, 8 кН.

Устойчивость фундамента против сдвига по подошве не обеспечена. Увеличение размеров подошвы в рассматриваемом случае практически не дает эффекта (в связи с небольшим удельным сцеплением с), поэтому целесообразнее устройство фундамента с наклонной подошвой или подушки с наклонной подошвой (с проверкой возможности сдвига по контакту «фундамент-подушка»)

4.11.Расчет устойчивости фундамента против глубокого сдвига

Расчет на устойчивость против сдвига фундамента и расположенного на Нем сооружения совместно с грунтом (глубокого сдвига) производят обычно для фундаментов устоев мостов и подпорных стен. Это связано с тем, что такой сдвиг может произойти лишь тогда, когда поверхность грунта с одной стороны сооружения расположена значительно выше, чем с другой. Предполагают, что при глубоком сдвиге фундамент с сооружением и прилегающий к ним некоторый объем грунта, ограниченный круглоцилиндрической поверхностью 1—2—3 некоторого радиуса г о, отделяются от остальной массы грунта и, поворачиваясь вокруг оси О этой поверхности, сползают вниз (рис. 7.8).
Сползанию способствуют силы, приложенные к сооружению, а также силы собственного веса сооружения, фундамента и перемещающегося с ними грунта. Эти силы создают сдвигающий момент Msa относительно оси О. В то же время на сползающий по круглоцилиндрической поверхности 1—2—3 массив действуют реакции остальной массы грунта. Эти реакции сопротивляются сползанию массива. Момент сопротивления сдвигу Msr относительно оси О вычисляют только от составляющих реактивных сил, касательных к поверхности вращения, так как нормальные составляющие проходят через ось О и, следовательно, не создают момента относительно нее.
Расчет фундамента на устойчивость против глубокого сдвига производят в следующем порядке.

· Произвольно выбирают положение оси О и радиус Го круглоцилиндрической поверхности. Обычно рассматривают поверхности, касающиеся фундамента (на рис. 7.8 в точке 2).
2. Сползающий массив разбивают вертикальными плоскостями на ряд участков.
3. Вычисляют объем и собственный вес каждого участка массива.
4. Определяют значение Msa, кН·м, по формуле
Msa = Σ Giri, + Σ Qihi, (7.7)
где Gi — вертикальная сила, кН, равная сумме веса i-го участка и расположенной над ним вертикальной внешней нагрузки; ri — плечо силы Gi относительно оси О, м; Qi — горизонтальная внешняя сила, кН; hi — плечо силы Qi относительно оси О, м.
Моменты Giri и Qihi; положительны, когда действуют в направлении вращения массива при его сползании.
Расчеты в указанном порядке производят для нескольких случаев, различающихся положением оси О и значением радиуса г0. Устойчивость против глубокого сдвига считается обеспеченной, если во всех случаях условие (7.9) выполняется.
Рис. 7.8. Схема к расчету фундамента на устойчивость против глубокого сдвига

4.12. Проверка устойчивости фундамента против опрокидывания

Устойчивость против опрокидывание проверяется согласно /1, п.1.40/ вдоль и поперек моста в сочетаниях нагрузок №3 и №6 ( табл.2). За ось возможного поворота принимается наиболее нагруженная сторона подошвы

Рис. 5.2. Схема к проверке устойчивости вдоль и поперек

Моменты опрокидывающих М_u и удерживающих М_z сил вычисляются относительно осей поворота в соответствующих сочетаниях.

Условие равновесия:

где M_u - момент опрокидывающих сил относительно оси возможного

поворота (опрокидывания) конструкции, проходящей по крайним точкам

опирания; M_z - момент удерживающих сил относительно той же оси; -коэффициент условий работы, принимаемый равным: при проверке

конструкций, опирающихся на отдельные опоры: в стадии строительства -0, 95; в стадии постоянной эксплуатации - 1, 0; при проверке сечений бетонных конструкций и фундаментов: на скальных основаниях - 0, 9; на нескальных основаниях - 0, 8; - коэффициент надежности по назначению, принимаемый равным 1, 1 при расчете в стадии постоянной эксплуатации и 1, 0 - при расчетах в стадии строительства. Опрокидывающие силы следует принимать с коэффициентами надежности по нагрузке, большими единицы. Удерживающие силы следует принимать с коэффициентами надежности по нагрузке: для постоянных

нагрузок - < 1; для временной вертикальной подвижной нагрузки - =1.

M_u=М_о+F_о*h_ф;

М_z=P_o*(в _или а)/2

5.Проектирование свайных фундаментов

5.1.Классификация свай по характеру работы, материалу, способу устройства в грунте и методам погружения