1. Инженерно-геологические условия

По эпюре условного расчетного сопротивления (R₀) и по физико-механическим характеристикам грунтов необходимо выбрать несущий слой грунта (прочный и малосжимаемый). Фундаменты не рекомендуется опирать на малопрочные и сильносжимаемые грунты (рыхлые пески, супеси в текучем состоянии, суглинки и глины с показателем консистенции I_L > 0,6). После выбора несущего слоя грунта фундамент заглубляется в него не менее чем на 0,5 м, поскольку поверхность слоя грунта может быть наклонной.

2. Гидрогеологические и климатические условия

Для опоры на суходоле:

Если в основании находятся непучинистые при промерзании грунты (пески гравелистые, крупные и средней крупности), то минимальная глубина заложения принимается d_min = 1 м.

При пучинистых грунтах подошву фундаментов следует располагать ниже расчетной глубины промерзания не менее, чем на 0,25 м.

Глубина заложения фундамента определяется по формуле:

, (6)

где d_fn – расчетная глубина промерзания, м:

, (7)

где Mt – коэффициент, числено равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном регионе, принимаемый по СНиП 2.01.01-82 «Строительная климатология и геофизика» и для Санкт-Петербурга Mt = 23ºС;

d₀ – глубина промерзания при Mt = 1, принимаемая:

для суглинков и глин - 0,23 м;

для супесей, песков мелких и пылеватых - 0,28 м.

Для промежуточной опоры:

При наличии размыва грунта у опоры глубина заложения подошвы фундамента назначается не менее 2,5 м ниже линии теоретического размыва (ЛТР).

Из всех учтенных факторов принимают наибольшую глубину заложения фундамента. Окончательно она назначается при определении площади подошвы фундамента и при выполнении проверок напряжений под подошвой фундамента.

Обрез фундамента для промежуточной опоры располагают на 0,5 м ниже горизонта меженных вод (ГМВ), а на суходоле - на 0,25 м ниже поверхности грунта (рис. 5).

Рис. 5.

Глубина заложения фундамента (d) – это расстояние от поверхности грунта (для береговой опоры) или от ЛТР (для промежуточной опоры) до подошвы фундамента. Высота фундамента (h_ф) – это расстояние от обреза до подошвы фундамента.

Определение размеров подошвы фундамента

Для установления размеров подошвы фундамента определяются:

а) Минимальные размеры подошвы фундамента:

, (8)

где b_min – минимальная ширина подошвы фундамента;

l_min – минимальная длина подошвы фундамента;

с – уступ принимается 0,5 м;

B₀, L₀ – размеры опор в плоскости обреза фундамента, указанные в задании, м.

б) Расчетное значение вертикальной нагрузки в уровне подошвы фундамента, кН:

F_vI = F_vI⁰ + G_фI, (9)

где F_vI⁰ – расчетная вертикальная нагрузка на уровне обреза фундамента:

F_vI⁰ = 1,2 F_vII⁰ , (10)

где F_vII⁰ – нормативная вертикальная нагрузка берется из задания и включает в себя постоянные и временные нагрузки кН;

G_фI – расчетный вес фундамента, кН:

G_фI = 1,1 V_ф γ_б, (11)

где γ_б - удельный вес бетона, равный 24 кН/м³;

V_ф – объем фундамента мостовой опоры, м³.

в) Выполняется проверка напряжений по подошве фундамента:

, где (12)

γ_с = 1,2 – коэффициент условий работы, зависящий от сочетания нагрузок и принимаемый по СНиП 2.05.03-84 «Мосты и трубы»;

γ_n = 1,4 – коэффициент надежности по грунту;

R – расчетное сопротивление грунта несущего слоя; определяется для предварительно назначенных размеров фундамента (b_min, l_min), кПа:

, где (13)

R₀ – условное расчетное сопротивление грунта, кПа;

k₁, k₂ – коэффициенты, принимаемые по таблице 6;

b – ширина подошвы фундамента, м (при b > 6 м принимается b = 6 м)

d – глубина заложения фундамента, принимаемая для опоры на суходоле от поверхности грунта, для промежуточной опоры от ЛТР до подошвы фундамента, м (при d < 3 принимается d = 3)

- среднее значение удельного веса грунта, залегающего выше подошвы фундамента, определяемое без учета взвешивающего действия воды, кН/м³:

. (14)

Для промежуточной опоры, если основание сложено глинами или суглинками, следует расчетное сопротивление (R) повышать на величину равную 14,7d_w(кПа), где d_w – глубина воды от ГМВ до ЛТР.

Таблица 6

Значения коэффициентов k₁, k₂ по СНиП 2.05.03-84

Грунт	k1, м-1	k2
Песок гравелистый, крупный и средней крупности	0,10	3,0
Песок мелкий	0,08	2,5
Песок пылеватый, супесь	0,06	2,0
Суглинок и глина полутвердые и твердые	0,04	2,0
Суглинок и глина туго- и мягкопластичные	0,02	1,5

Если условие (12) не выполняется, определяются максимальные размеры площади подошвы фундамента, и проводится повторный расчет.

Максимальные размеры площади подошвы фундамента определяют, соблюдая условия жесткости (угол уширения не должен превышать 30° (tg30 = 0,577)):

, (15)

где h_ф – высота фундамента (расстояния от обреза фундамента до его подошвы). Условие (12) должно выполняться не более чем на 10-20%.

Если условие (12) не выполняется с максимальными значениями размеров площади подошвы фундамента увеличивают глубину заложения фундамента, находят соответствующие максимальные размеры фундамента и делаем проверку.

После определения размеров площади подошвы фундамента необходимо назначить уступы, соблюдая условие жесткости (угол уширения не должен превышать 30°). Отношение ширины уступа к его высоте не должно превышать tg30=0,577. Высота уступа h_у принимается 0,75-2 м, а ширина – обычно не более 0,5h_у.

Задание № 3. Расчеты фундамента на естественном основании по I группе предельных состояний

Для оснований сооружений, как и для конструкций вообще, установлены две группы предельных состояний: первая группа по несущей способности и устойчивости; вторая группа – по деформациям. Для оснований транспортных сооружений, в частности опор мостов, воспринимающих значительные горизонтальные нагрузки, главное значение приобретают расчеты по несущей способности и устойчивости.