ВСН 141-90. Нормы проектирования контактной сети

7.76. Значения величин ₁ для каждой сваи фундамента вычисляют по формулам

_1t = ; (151)

_1c = ; (152)

₂ = ; (153)

₃ = ; (154)

₄ = ; (155)

где Е_р - модуль упругости материала сваи; А_р - площадь поперечного сечения сваи; I_р - момент инерции поперечного сечения сваи; l_t, l_c - расчетная длина растянутой или сжатой сваи при действии продольной силы (п. 7.77); l_m - расчетная длина сваи при изгибе (п. 7.77).

7.77. Значение расчетных длин свай l_t; l_c; l_m вычисляют по формулам

; (156)

; (157)

l_m = l_ор + 5а_р, (158)

где l_ор - свободная длина сваи (от подошвы плиты ростверка до поверхности грунта); при ростверке, заглубленном в грунт, l_ор = 0; N_t - продольная растягивающая (близкая к расчетной) нагрузка на сваи; N_c - то же сжимающая нагрузка; _t - перемещение головы растянутой сваи при нагрузке N_t; _c - то же сжатой сваи при нагрузке N_c, а_p - размер поперечного сечения сваи в направлении, параллельном плоскости действия нагрузки.

Величины усилий N_t и N_c и соответствующие им продольные перемещения голов свай _t и _c устанавливают по результатам статических испытаний свай на растягивающую или сжимающую нагрузки.

При отсутствии таких результатов испытаний свай значения или можно принимать приближенно по графику (рис. 32) в зависимости от глубины погружения свай в грунт.

7.78. При отношении длины сваи в грунте к размерам ее поперечного сечения (в направлении действия нагрузки) внутренние усилия в сваях на глубине у (при расчете их прочности) определяют в соответствии с указаниями пп. 7.40-7.43.

При расчет прочности ствола сваи производят по следующим усилиям, действующим на глубине у от поверхности грунта:

а) продольной силе растянутых свай

; (59)

Рис. 32. Значение для свай:

1 - растянутых; 2 - сжатых

б) продольной силе сжатых свай

; (160)

в) изгибающему моменту, приближенно определяемому по формуле (96), где принимается d = l_p, в тех случаях, когда l_p >15а_р, следует в формуле (96) принимать значение – d15а_р.

7.79. Для районов распространения вечной мерзлоты и глубокого сезонного промерзания предельное сопротивление растянутых S_ut и сжатых S_uc свай определяют с учетом касательных сил морозного пучения грунта (пп. 7.111-7.119).

В пучинистых грунтах низ ростверков располагают выше поверхности грунта.

РАСЧЕТ РАЗДЕЛЬНЫХ ФУНДАМЕНТОВ

7.80. Значение М_fz, расчетной несущей способности раздельного фундамента на действие момента по грунту (рис. 33) при нагрузке, действующей в плоскости ху, принимают равным меньшей из величин, полученных по формулам (161)-(165):

а) по условию выпирания грунта над плитой растянутого блока

; (161)

б) по условию смятия грунта над плитой растянутого блока

; (162)

в) по сопротивлению сжатого блока

. (163)

В формулах (161)-(163)

S_ut - предельное сопротивление растянутого блока (п. 7.81); S_uc - предельное сопротивление сжатого блока (п. 7.82); _cv - коэффициент условий работы (см п. 7.19); t - расстояние между центрами крепления опоры к блокам (см. рис. 33); l_t; d_t, l_с и d_c - размеры растянутого и сжатого блоков (см. рис. 33); G1 - сумма веса опоры и вертикальной составляющей от подвести; G_2c и G_2t - вес соответственно сжатого и растянутого блоков; G_3с и G_3t - вес грунта над уступами соответственно сжатого и растянутого блоков.

При определении веса фундамента вес единицы объема его части, расположенной ниже уровня грунтовой воды, снижают на 10 кН/м³.

Рис. 33. Схема раздельного фундамента

а - растянутый блок; б - сжатый блок

7.81. Значения S_ut предельного сопротивления растянутого блока определяют:

а) по условию выпирания грунта над плитой блока

S_ut = 0,5d²_t(2a_t + 2S_t + 2,7d_t) + G_2t + G_3t; (164)

б) по условию смятия над плитой блока

S_ut = 0,6(a_tS_ta_tS_t)(_f + 4d_t – 12) + G_2t, (165)

где a_t; a'_t; S_t; S'_t - размеры (в плане) растянутого блока (см. рис. 33);  - коэффициент, принимаемый:

пески крупные и средней крупности, глина, суглинки и супеси твердые 0,4

пески мелкие, глины, суглинки и супеси тугопластичные 0,33

пески пылеватые, глины, суглинки и супеси мягкопластичные 0,25;

 - вес единицы объема грунта засыпки кН/м³.

Значение _f принимают по табл. 35.

Формулы (164) и (165) предусматривают послойное уплотнение грунта засыпки котлованов до плотности окружающего грунта.

7.82. Значение S_uс предельного сопротивления сжатого

блока

S_uс = (_f + 4d_c – 2)a_cS_c – G_2t – G_3t, (166)

где d_c - расчетная глубина сжатого блока; а_с и S_с - размеры (в плане) растянутого блока (см. рис. 33).

7.83. Значение М_fx расчетной несущей способности фундамента по грунту при нагрузке, действующей в плоскости yz, определяют по формуле

М_fx = М_ft + М_fс, (167)

где М_ft; М_fс - значение расчетной несущей способности соответственно для растянутого и сжатого блоков фундамента по грунту в плоскости yz (п. 7.84).

В случаях, когда конструкция прикрепления опоры к блоку исключает возможность передачи ему от опоры изгибающего момента в плоскости yz (например, при блоке, имеющем одну стойку, крепление опоры к которой осуществлено с помощью центрального болта), значение расчетного момента М_ft и М_fс для этого блока при расчете по формуле (167) принимают равным нулю.

7.84. Значение М_ft и М_fс определяют по формулам расчета ступенчатых фундаментов (102-114).

Вертикальная ось такого фундамента совпадает с вертикальной осью рассчитываемого блока.

Значения расчетной вертикальной силы N^d и эксцентриситета e принимают при расчете:

а) для растянутого блока

; (168)

; (169)

б) для сжатого блока

; (170)

. (171)

7.85. Значение расчетной несущей способности фундамента по грунту относительно оси z при одновременном действии момента также и относительно оси х определяют по формуле

. (172)

При заданном значении расчетной несущей способности фундамента по грунту в одной плоскости, например в плоскости ху, значение расчетной несущей способности фундамента по грунту в плоскости yz определяют по формуле

. (173)

Входящие в формулу (173) значения М_fz определяют по п. 7.80, а значение M_fx - по формуле (167).

7.86. При расчете прочности фундамента расчетную продольную силу в поперечных сечениях стоек принимают по всей длине постоянной и равной (рис. 34, a):

а) для растянутого блока

; (174)

б) для сжатого блока

. (175)

Рис. 34. Схема сил для расчета прочности раздельного фундамента:

a - расчетные схемы стоек; б - эпюры реакции грунта; 1 - растянутый блок; 2 - сжатый блок

7.87. Горизонтальные силы, приложенные к верху стоек блоков (см. рис. 34), принимают равными

; (176)

. (177)

7.88. Изгибающий момент в сечении стойки на глубине у от ее верха (см. рис. 34, а) при   l_ot + 4,5а_рr для растянутой стойки и   l_oc + 4,5а_рr для сжатой стойки определяют по формулам:

а) для растянутого блока

M_t = N_te_t + F_ty; (178)

б) для сжатого блока

c_t = -N_ce_c + F_cy, (179)

где e_t, и e_c - эксцентриситеты вертикальных сил N_t и N_c в сечении стойки на глубине у.

При   l_ot + 4,5а_рr для растянутой стойки и   l_oc + 4,5а_рr для сжатой стойки в формулу (178) вместо у подставляют l_ot + 4,5а_рr, а в формулу (179) вместо у подставляют l_oс + 4,5а_рr.

Величина а_рr равна размеру среднего сечения стойки блока в плоскости действия внешнего момента М^d.

7.89. Усилия в плитах блоков при расчете их прочности определяют от вертикальных сил N_t (или N_с) и моментов М_t (или М_с), передаваемых плитам в центрах стоек блоков (см. рис. 34). Реакцию грунта при этом определяют по формулам внецентренного сжатия.

7.90. При проектировании блочных фундаментов допускается применение в одном фундаменте растянутых и сжатых блоков, подошва которых расположена на разной глубине.

РАСЧЕТ АНКЕРОВ

7.91. Закрепление анкеров в грунте считается обеспеченным, если величина расчетного усилия Т^d (рис. 35) удовлетворяет условию

Т^d  T_f, (180)

где Т_f - значение расчетной несущей способности анкера по грунту.

7.92. Значение Т_f несущей способности анкера по грунту принимают равным меньшей из величин:

; (181)

, (182)

где N_fa - расчетная несущая способность анкера по грунту на действие выдергивающего усилия (п. 7.93); М_fa - расчетная несущая способность анкера по грунту на действие момента, определяемая по формулам расчета одиночных призматических фундаментов (пп. 7.15-7.36), при этом подставляют значение N_d = 0;  - угол наклона усилия Т^d к горизонтали; H_a - плечо силы Т^d относительно расчетной поверхности грунта (см. рис. 35).

При плече H_a = 0, т. е. при действии горизонтальной составляющей усилия в анкере в уровне расчетной поверхности грунта, значение T_f расчетной несущей способности анкера по грунту вместо формулы (182) следует определять из выражения

, (183)

здесь F_fa - расчетная несущая способность анкера по грунту на действие горизонтальной силы (п. 7.94).

7.93. Значение N_fa расчетной несущей способности анкера по грунту на действие выдергивающего усилия определяют по формуле

N_fa = k_g_cvP_ad_a_g + 0,9G_a; (184)

kg - коэффициент однородности, принимаемый равным 0,5; _cv - коэффициент условий работы (см. п. 7.19); p_a - периметр поперечного сечения анкера; при анкере таврового, двутаврового или трехлучевого сечений периметр определяют по контурам, показанным на рис. 20 жирными линиями; _g - предельное значение удельного сопротивления трения грунта по боковой поверхности анкера, принимаемое при закапываемом анкере по п. 7.2,6, а при свайном - по п. 7.61; G_a - вес анкера.

Рис. 35. Схема вертикального анкера:

1 - расчетная поверхность; 2 - анкер

В пучинистых грунтах районов распространения вечной мерзлоты и глубокого сезонного промерзания при определении величины N_ta необходимо учитывать касательные силы морозного пучения грунта (пп. 7.111-7.119).

7.94. Значение F_fa расчетной несущей способности анкера по грунту на действие горизонтальной силы (горизонтальной составляющей усилия в анкере) определяют по формуле

F_fa = F^o_a_cc_ct_cg, (185)

где F^o_a - значение расчетной несущей способности условного анкера по грунту на действие горизонтальной силы (п. 7.95).

7.95. Значение F°a расчетной несущей способности условного анкера по грунту на действие горизонтальной силы при H_a = 0 определяют по формуле

F^o_a =0,13R_dd³_a, (186)

где Rd - коэффициент пропорциональности (ч. 7.28).

7.96. При расчете прочности анкера расчетные усилия в его поперечных сечениях подсчитывают по тем же формулам, по которым определяют внутренние усилия в сечениях призматического фундамента (пп. 7.40-7.44).

При этом продольную силу в поперечных сечениях анкера (по всей его длине) принимают равной

N^d_a = T^dsin. (187)

РАСЧЕТ ФУНДАМЕНТОВ ОПОР КОНТАКТНОЙ СЕТИ В ОСОБЫХ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ

Расчет фундаментов опор контактной сети на горизонтальную нагрузку в пучинистых грунтах

7.97. Расчет фундаментов опор контактной сети на горизонтальную нагрузку (боковую устойчивость) в условиях вечной мерзлоты и глубокого сезонного промерзания следует выполнять для летних и зимних условий.

7.98. К районам с глубоким сезонным промерзанием относится территория Восточной Сибири (Забайкалье и Дальний Восток) с глубиной сезонного промерзания более 2 м.

7.99. Расчет одиночных призматических фундаментов, в том числе с лежнями и анкерными плитами (башмаками), в условиях вечной мерзлоты и глубокого сезонного промерзания выполняют в соответствии с указаниями, приведенными в пп. 7.15-7.44 с учетом следующих особенностей:

а) при расчете фундаментов, установленных на откосе земляного полотна, для зимних условий учитывают горизонтальную составляющую силу морозного пучения грунта F_s, направленную нормально к боковой поверхности фундамента, приложенную на глубине, равной 1/3 активного слоя пучения h_s (рис. 36);

б) сопротивление грунта по подошве фундамента (или анкерной плиты) как для зимних, так и для летних условий не учитывают, т. е. принимают Nd = 0.

7.100. Значение F_s горизонтальной силы морозного пучения грунта

, (188)

где _max - максимальное горизонтальное напряжение, вызванное морозным пучением грунта, действующее нормально к боковой поверхности фундамента (см. рис. 36), принимаемое по табл. 42; h_s - глубина активного слоя пучения грунта, принимаемая равной 2/3 нормативной глубины промерзания h_f или оттаивания h_t согласно требованиям СНиП II-18-76; b_f - ширина фундамента.

7.101. Значение М_f расчетной несущей способности призматических фундаментов по грунту на действие моментов внешних нагрузок для летних и зимних условий определяют по формуле (65) или (70). При определении величины несущей способности фундамента М_f и зависимости от соотношений глубин талого h_t или мерзлого h_f слоя грунта и глубины заложения фундамента d возможны следующие случаи заделки фундамента:

а) для летнего периода:

при наличии толщин талого слоя h_t больше глубины заложения фундамента d на участках, где слой сезоннопромерзающего-оттаивающего грунта не сливается с вечномерзлой толщей или вечномерзлые грунты отсутствуют, т. е. h_t > d;

при наличии в пределах нижней зоны глубины заложения фундамента слоя вечномерзлого грунта на участках, где слой сезоннопромерзающего-оттаивающего грунта сливается с вечномерзлой толщей, т. е. при h_t < d;

Рис. 36. Схема учета нормальной составляющей сил морозного пучения грунта на откосе

б) для зимнего периода:

при наличии в пределах нижней зоны глубины заложения фундамента d слоя талого грунта на участках, где слон сезоннопромерзающего-оттаивающего грунта не сливается с вечномерзлой толщей или вечномерзлые грунты отсутствуют, т. е. при h_f < d;

при наличии толщи мерзлого грунта h_f больше глубины заложения фундамента на участках, где слой сезоннопромерзающего-оттаивающего грунта сливается с вечномерзлой толщей, т. е. при h_f > d.

7.102. Для зимнего периода возможны два сочетания нагрузок:

горизонтальная составляющая сил морозного пучения грунта F_s, действует в одном направлении с эксплуатационной нагрузкой F^o (рис. 37, а);

горизонтальная составляющая сил морозного пучения грунта F_s действует в разных направлениях с эксплуатационной нагрузкой F⁰ (рис. 37, б).

7.103. Расчетную несущую способность М_f условного фундамента, расположенного в двух различающихся по несущей способности слоях грунта, определяют по следующим формулам:

а) когда ось поворота фундамента расположена в пределах верхнего слоя