Розрахункові опори ґрунтів осьовому стисненню

РОЗРАХУНОК І ПРОЕКТУВАННЯ ФУНДАМЕНТІВ. ЗАГАЛЬНІ ПРИНЦИПИ

ЗАДАЧА РОЗРАХУНКУ І ПРОЕКТУВАННЯ

Задача полягає в підборі таких генеральних параметрів фундаменту, що забезпечують задоволення нерівності

 F (F_i, a, b, h) [ W ( a, b, h, R_гр, С_гр ),     (1)

де F ( ) – зовнішні навантаження, що діють на фундамент;

F_i   - задані навантаження,  що передаються на фундамент через опору;

W ( ) – несуча здатність фундаменту;

R_гр – міцносні характеристики ґрунту;

С_гр –  фізико-механічні характеристики ґрунту.

Ця символічна формалізована нерівність матиме свій специфічний вигляд для кожного з видів фундаментів, але сутність його залишається одним:

потрібно підібрати параметри фундаменту так, що б його несуча здатність була більшою або рівна зовнішнім навантаженням.

В цьому і полягає задача розрахунку і проектування фундаменту.

Методика розрахунку

Розрахунок фундаментів (рівно як і всіх інших будівельних конструкцій) виконується за методом граничних станів, має перевірочний характер і ведеться по схемі:

· задаються параметри фундаменту;

· обчислюються навантаження на фундамент;

· перевіряється задоволення розрахункових нерівностей.

Якщо нерівності не задовольняються – розрахунок повторюють, задавши нові параметри.

ХАРАКТЕРИСТИКА ҐРУНТІВ

Класифікація ґрунтів

В розрахунках фундаментів прийнята така класифікація ґрунтів:

q скельні;

q крупнообломочні;

q піщані;

q глинисті.

Скельні. До них відносяться вивержені, метаморфічні і осадові породи з жорстким зв'язком між зернами. Жорсткий зв'язок між зернами додає скельним породам властивості твердих, але крихких тел. Тимчасовий опір одноосному стисненню скельних порід змінюється в широких межах – від 2 –3 МПа до 200 – 250 МПа.

За тимчасовим опором стисненню скельні ґрунти підрозділяються на п'ять груп, показаних в таблиці:

Суцільне скельні ґрунти є надійною основою фундаментів опор. Виключенням є розм’якшуванні породи, такі як вапняк, гіпс, які легко вилуговують при насиченні водою.

Увага!При водонасичені міцність цих ґрунтів може знижуватися в 2 – 3 рази. Крім того, багато які з них легко вилуговуються водою. При цьому утворюються пустки, каверни і карсти, які різко знижують міцність ґрунтової основи. Можливість використання таких ґрунтів має  встановлюватися спеціальними інженерно-геологічними дослідженнями.

Крупнообломочні і піщані.

Ці ґрунти називаються сипкими. Вони характеризуються відсутністю зв'язку між зернами. Їх опір зсуву практично залежить тільки від внутрішнього тертя між зернами. А опором зсуву визначається їх несуча здатність.

Крупнообломочні і піщані ґрунти залежно від крупності зерен діляться на види, як показано в табл. 1. 

Таблиця 1

Види крупнообломочних і піщаних ґрунтів

Піщані ґрунти, крім того, характеризуються коефіцієнтом пористості - e, рівним відношенню об'єму пір до об'єму скелета. Чим менше e, тим щільніше ґрунт. Піщані ґрунти по густині ділять на щільні, середньої густини і рихлі .(табл. 2)

Щільні піски і середній густині мають достатню несучу здатність, що б служити основою фундаментів мостів. Рихлі ж піски мають малу несучу здатність і не можуть служити підставою капітальних споруд без штучного зміцнення.

Таблиця 2

Характеристика щільності складання пісків

Глинисті ґрунти

До глинистих відносяться ґрунти, в яких опір зсуву обумовлений не тільки внутрішнім тертям, але також зчепленням і зв'язністю між частками. Вони мають величезну питому поверхню, тому навіть при відносно невеликій кількості води переходять з твердого стану в пластичний і текучий. В текучому стані ґрунт розпливається під власною вагою і нездатний нести зовнішнє навантаження. Ця особливість глинистих ґрунтів характеризується числом пластичності Ip

Ip = Wt - Wp

Де Wt - вагова вогкість відповідна межі текучості;

Wp   - вагова вогкість відповідна межі розкочування.

За числом пластичності глинисті ґрунти ділять на супіски, суглинки і глини.

Таблиця 3 Номенклатура глинистих ґрунтів

Торф і заторфовані ґрунти.

Це ґрунти, в яких зміст рослинних залишків складає більше 10%. Вони характеризуються великою стисливістю, повзучістю під навантаженням, підвищеною вогкістю.

Лесові ґрунти.

Лес має велику кількість пір, які видні неозброєним оком (макропористий ґрунт). В сухому стані лес є достатньо міцним, але при щонайменшому замочуванні виникають значні і нерівномірні осідання, що робить лес непридатним для використовування як основа споруд.

3. Насипні ґрунти.Не можуть служити природною основою.

Розрахункові опори ґрунтів осьовому стисненню

В практиці проектування фундаментів мостів використовують розрахункові опори ґрунтів, визначувані відповідно до рекомендацій норм СНиП 2.05.03 – 84 (додаток №24). Так розрахунковий опір нескельного ґрунту осьовому стискові під підошвою масивного фундаменту мілкого занурення або опускного колодязя, визначається за формулою:

R = 1,7{R0 [1 + k1 (b-2)] + k2g (d-3)}

Тут  R0 - умовний опір, що приймається по таблицях залежно від типу ґрунту і його фізичних характеристик;;

b ширина (або діаметр) фундаменту, при ширині більше 6 м приймається b = 6 м; ґрунтовий

d - глибина заставляння фундаменту, в м;

g - усереднена за шарами питома вага ґрунту. Допускається приймати g = 19, кН/м3 (2 тс/м3)

k1, k2 - коефіцієнти, що приймаються за табл. Норм

Визначений за формулою розрахунковий опір R має розмірність кПа (тс/м2)

Розрахунковий опір осьовому стисненню не вивітрілих скельних порід визначається за формулою:

              R = Rc/g_g

Де  Rc - межа міцності на одноосне стиснення зразків скельного ґрунту,  кПа (тс/м2);

g_g – коефіцієнт надійності по ґрунту, що приймається рівним 1,4

Для сильно вивітрілих порід застосовуються знижуючий коефіцієнт 0,6 або 0,3.

НАВАНТАЖЕННЯ І ДІЇ НА ФУНДАМЕНТИ

Відповідно до вимог чинних норм ДБН В.2.3-14:2007 «Мости і труби. Правила проектування» і практики проектування фундаментів розглядаються такі навантаження і дії.

А. Постійні

1. Власна вага прогонових будов, опори і самого фундаменту.

2. Дія попереднього напруження і регулювання зусиль в прогонових будовах.

3. Тиск ґрунту насипу

4. Гідростатичний тиск

5.  Дія усадки і повзучості бетону

6. Дія осідання ґрунту

Б. Тимчасові

7. Вертикальні навантаження від рухомого складу і пішоходів на прогоновій будові.

8. Подовжні навантаження (по відношенню до прогонової будови) гальмування або тяги рухомого складу.

9. Поперечні удари (по відношенню до прогонової будови) від рухомого складу.

10. Відцентрові сили від рухомого складу, діючі на кривих в плані ділянках прогонових будов.

11.  Додатковий тиск ґрунту викликаний рухомим складом на призмі обвалення

В. Інші

12. Вітрове

13. Льодове

14. Навантаження від навалювання судів на річкові опори

15. Температурні дії

16. Дія морозного пучіння  ґрунту

17. Будівельні навантаження

18. Дія сейсмічного навантаження

Перераховані навантаження в певних комбінаціях входять в розрахункові поєднання для перевірки несучої здатності фундаментів мостів.