Фундаменты на естественном основании промежуточных опор мостовых сооружений

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Томский государственный архитектурно-строительный университет»

Д.Г. Самарин, В.Л. Устюжанин, Е.Ю. Пчелинцева

ФУНДАМЕНТЫ 

НА ЕСТЕСТВЕННОМ ОСНОВАНИИ 

ПРОМЕЖУТОЧНЫХ ОПОР 
МОСТОВЫХ СООРУЖЕНИЙ

Учебное пособие

Томск

Издательство ТГАСУ

2022

УДК 624.21.09:624.151(075.8)
ББК 39.112.2-043я73

С17

Самарин, Д.Г.

Фундаменты на естественном основании промежуточных 

опор мостовых сооружений : учебное пособие / Д.Г. Самарин, 
В.Л. Устюжанин, Е.Ю. Пчелинцева. – Томск : Изд-во Том. гос. 
архит.-строит. ун-та, 2022. – 140 с. – Текст : непосредственный.

ISBN 978-5-6049093-6-2

В учебном пособии рассмотрены вопросы по расчету и конструирова
нию фундаментов на естественном основании промежуточных опор мостовых 
сооружений транспортной развязки. Приведен пример расчета фундамента 
опоры автомобильного путепровода.

Пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлению 

подготовки 08.03.01 «Строительство», профили подготовки: «Автомобильные 
дороги», «Автодорожные мосты и тоннели».

УДК 624.21.09:624.151(075.8)
ББК 39.112.2-043я73

Рецензенты:
Г.И. Таюкин, канд. техн. наук, доцент Томского государственного архитектурно-строительного университета;
А.В. Юдин, канд. техн. наук, директор ООО «ФОБУС-5».

ISBN 978-5-6049093-6-2
© Томский государственный

архитектурно-строительный
университет, 2022

© Самарин Д.Г., Устюжанин В.Л.,

Пчелинцева Е.Ю., 2022

С17

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение ............................................................................................ 5
1. Основные понятия и определения .............................................. 6
2. Основные указания по расчету и конструированию 
фундаментов...................................................................................... 8
3. Определение глубины заложения фундамента 
на естественном основании ........................................................... 15
4. Определение размеров подошвы фундамента............................ 20
5. Расчет прочности основания ..................................................... 26
6. Проверка несущей способности подстилающего 
слоя грунта ...................................................................................... 32
7. Расчет устойчивости фундамента против 
опрокидывания и сдвига ................................................................ 34
8. Проверка положения равнодействующей расчетных 
нагрузок ........................................................................................... 38
9. Расчет осадки фундамента промежуточной опоры 
методом послойного суммирования ............................................. 40

9.1. Определение дополнительных вертикальных 
напряжений ................................................................................. 44
9.2. Определение вертикальных напряжений 
от собственного веса грунта природного массива .................. 45
9.3. Определение вертикальных напряжений 
от собственного веса грунта, ограниченного гранями 
котлована..................................................................................... 48
9.4. Расчет осадки фундамента.................................................. 49

10. Расчет крена фундамента и горизонтальных смещений 
верха промежуточной опоры......................................................... 52
11. Конструирование фундамента................................................. 56
12. Пример расчета фундамента промежуточной опоры 
мостового сооружения транспортной развязки................................. 59

12.1. Общая характеристика мостового сооружения. 
Исходные данные ....................................................................... 59
12.2. Глубина заложения подошвы фундамента...................... 64

12.3. Определение размеров подошвы фундамента................ 67
12.4. Проверка прочности основания и уточнение 
размеров фундамента ................................................................. 70
12.5. Проверка несущей способности подстилающего 
слоя грунта .................................................................................. 84
12.6. Расчет устойчивости фундамента против 
опрокидывания и сдвига ............................................................ 86
12.7. Проверка положения равнодействующей 
расчетных нагрузок .................................................................... 88
12.8. Расчет осадки фундамента................................................ 89
12.9. Расчет крена фундамента и горизонтальных 
смещений верха промежуточной опоры .................................. 97
12.10. Изменение размеров фундамента и проверка 
прочности основания................................................................ 102
12.11. Повторная проверка несущей способности 
подстилающего слоя грунта .................................................... 106
12.12. Повторный расчет устойчивости фундамента 
против опрокидывания и сдвига ............................................. 107
12.13. Повторная проверка положения 
равнодействующей расчетных нагрузок ................................ 109
12.14. Повторный расчет осадки фундамента........................ 110
12.15. Повторный расчет крена фундамента 
и горизонтальных смещений верха промежуточной 
опоры.......................................................................................... 114
12.16. Конструирование фундамента...................................... 116

Библиографический список......................................................... 124
Приложение 1. Справочные материалы ..................................... 126
Приложение 2. Методические рекомендации 
по курсовому проектированию ................................................... 132

ВВЕДЕНИЕ

В настоящем учебном пособие рассмотрены вопросы расчета 

и конструирования фундаментов на естественном основании промежуточных опор мостовых сооружений городской транспортной развязки (путепровода). Изложены методы расчета массивного железобетонного фундамента на естественном основании. Используемые 
методики расчета регламентированы действующими нормативными 
документами.

Предлагаемое учебное пособие ориентировано на практиче
скую самостоятельную работу студента в рамках выполнения курсового проекта по дисциплине «Основания и фундаменты».

Для проектирования фундамента промежуточной опоры даны 

основы теории расчета и конструирования, которые включают 
в себя следующие этапы: определение глубины заложения и размеров подошвы фундамента, расчет прочности основания, проверка 
несущей способности подстилающего слоя грунта, проведение расчетов устойчивости против опрокидывания и сдвига, а также расчетов для проверки положения равнодействующей силы относительно 
эксцентриситета, расчет осадки фундамента, проведение расчетов 
по определению крена фундамента и горизонтальных смещений 
верха опоры, конструирование фундамента.

После теоретической части подробно рассмотрен пример расчета 

фундамента на естественном основании под промежуточную опору 
мостового сооружения транспортной развязки (путепровода). По ходу 
расчетов даются пояснения и ссылки на использованные источники.

В прил. 1 приведены справочные данные, необходимые для 

расчета указанного типа фундамента.

В прил. 2 даны задания и методические рекомендации по кур
совому проектированию.

Последовательность изложения материала, предполагающего 

наличие у студента знаний по курсам «Механика грунтов», «Инженерная геология», согласуется с этапами курсового проектирования.

Освоение студентом методики расчета фундаментов на есте
ственном основании промежуточных опор мостовых сооружений 
является основной целью издания.

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Мостовым сооружением называют инженерное транс
портное сооружение (мост, путепровод, эстакада, виадук, акведук), предназначенное для пропуска транспорта, пешеходов, трубопроводов над препятствиями в виде водотоков, водохранилищ, 
каналов, железных и автомобильных дорог, городских улиц, горных ущелий, магистральных трубопроводов и других инженерных коммуникаций.

Транспортной развязкой называют комплекс дорожных 

сооружений (мостов, туннелей, дорог), предназначенный для минимизации пересечений транспортных потоков и, как следствие, 
для увеличения пропускной способности дорог.

Пролетное строение – несущая конструкция мостового 

сооружения, перекрывающая пространство между опорами, воспринимающая нагрузку от элементов мостового полотна, транспортных средств и пешеходов и передающая ее на опоры.

Промежуточная опора моста – конструкция, поддержи
вающая в заданном положении пролетное строение мостового сооружения и передающая нагрузки на основание.

Устои – крайние опоры, на которые опираются концы 

крайних пролетных строений мостовых сооружений.

Основанием называют толщу грунтов, которая восприни
мает нагрузку от вышерасположенных конструкций и взаимодействует с ними. Основания называют естественными, если 
они сложены природными грунтами или скальными породами 
в условиях естественного залегания. Основания из предварительно уплотненных или укрепленных грунтов называют искусственными.

Если основание состоит из одного слоя грунта, его назы
вают однородным, если из нескольких слоев – неоднородным. 
Слой грунта, на который опирается фундамент, называют несущим слоем, а нижележащий слой – подстилающим. Верхняя 
граница слоя грунта называется кровлей.

Фундаментом называют подземную часть сооружения, 

находящуюся ниже поверхности грунта и предназначенную для 
передачи нагрузки на основание. Различают массивные фундаменты, состоящие из одного несущего элемента, и немассивные, 
состоящие из группы свай, объединенных в единую конструкцию 
плитой, называемой ростверком.

Независимо от типов фундаментов и особенностей их кон
струкции обрезом фундамента принято называть плоскость его 
соприкосновения с надфундаментными строениями; подошвой 
фундамента – нижнюю плоскость его соприкосновения с грунтом основания; высотой фундамента – расстояние от его подошвы до обреза; глубиной заложения фундамента – расстояние от поверхности грунта до подошвы фундамента.

При действии на фундамент вертикальной нагрузки проис
ходит его вертикальное перемещение, называемое осадкой, которая реализуется за счет сжатия активной толщи грунта – зоны, 
в пределах которой возникают деформации от внешних нагрузок. 
Эта зона называется сжимаемой толщей грунта.

Условный уровень, на котором деформация (сжатие) грунта 

от внешних нагрузок становится пренебрежимо мала, называется 
нижней границей сжимаемой толщи (НГСТ).

При действии на фундамент неравномерных сжимающих 

нагрузок и изгибающих моментов происходит его наклон, называемый креном. Воздействие на фундамент горизонтальных нагрузок может привести к его горизонтальному смещению – сдвигу.

Подземные воды – это воды, находящиеся в толще грунто
вого массива, сложенного водопроницаемыми грунтами. Грунт, 
не пропускающий подземные воды, называется водоупорным 
грунтом, или водоупором.

Поверхность грунтовых вод называется уровнем, или зерка
лом. Расстояние от кровли водоупора до зеркала грунтовых вод –
это высота столба воды.

2. ОСНОВНЫЕ УКАЗАНИЯ ПО РАСЧЕТУ 
И КОНСТРУИРОВАНИЮ ФУНДАМЕНТОВ

Расчет основания фундамента опор транспортных соору
жений следует выполнять по предельным состояниям первой 
и второй группы.

Расчеты по первой группе предельных состояний вклю
чают: расчет несущей способности грунта основания; расчет 
устойчивости фундамента против опрокидывания и сдвига; проверку положения равнодействующей нагрузок.

Несущая способность грунта основания фундамента мелкого 

заложения должна удовлетворять условиям (СП 35.13330, п. 11.8):

p 

n

R
 ;
(2.1)

pmax 

n

cR


,
(2.2)

где p, pmax – соответственно среднее и максимальное давление 
под подошвой фундамента, кПа; R – расчетное сопротивление 
грунта основания под подошвой фундамента, кПа; n – коэффициент надежности по назначению сооружения;  – коэффициент 
условий работы.

Устойчивость положения фундамента опоры против опроки
дывания следует рассчитывать по формуле (СП 35.13330, п. 5.40):

Mu 

n

m
 Mz ,
(2.3)

где Mu – момент опрокидывающих сил, кНм; Mz – момент удерживающих сил, кНм; m – коэффициент условий работы; n – коэффициент надежности по назначению.

Устойчивость положения фундамента против сдвига (сколь
жения) следует рассчитывать по формуле (СП 35.13330, п. 5.41):

Qr 

n

m


Qz ,
(2.4)

где Qr – сдвигающая сила, кН; Qz – удерживающая сила, кН; m –
коэффициент условий работы; n – коэффициент надежности по 
назначению.

Проверка положения равнодействующей расчетных нагру
зок производится по условию ограничения относительного эксцентриситета e0/r (СП 35.13330, п.11.7):

e0/r  1,0,
(2.5)

где e0 – эксцентриситет равнодействующей нагрузки, м; r – радиус ядра сечения фундамента у его подошвы.

Основными расчетами по второй группе предельных со
стояний являются расчеты: осадки фундаментов и их относительной разности; крена и горизонтальных смещений верха опоры мостового сооружения.

Предельные значения деформаций оснований фундаментов 

опор устанавливаются расчетом в соответствии с требованиями 
СП 22.13330 (п. 5.6.46–5.6.50).

Осадка фундаментов опор должна удовлетворять условию 

(СП 22.13330, п. 5.6.5):

s  su,
(2.6)

где s – осадка основания фундамента, см; su – предельное значение осадки основания фундамента, см.

Относительная разность осадок фундаментов опор должна 

удовлетворять условию

s/L  (s/L)u,
(2.7)

где s/L – относительная разность осадок фундаментов; (s/L)u –
предельное значение относительной разности осадок фундаментов.

Крен фундамента ограничивается условием

i  iu,
(2.8)

где i – крен фундамента; iu – предельно допустимое значение 
крена фундамента.

Продольные и поперечные горизонтальные смещения верха 

опоры мостового сооружения ограничиваются условием

u  uu,
(2.9)

где u – смещение верха опоры, см; uu – предельное значение смещения верха опоры, см.

Нагрузки и воздействия, учитываемые при расчете фунда
ментов опор, следует определять в соответствии с требованиями 
СП 35.13330 и СП 20.13330 [2, 3].

При проектировании рассматриваются три основных вида 

сочетаний нагрузок, действующих по обрезу фундамента опоры.

1-е (основное) сочетание определяет наибольшее верти
кальное воздействие от веса пролетных строений и веса опоры, 
а также от временных вертикальных нагрузок. Последние включают в себя автомобильные нагрузки, действующие со всех полос 
движения на пролетах, опирающихся на опору, и нагрузку от 
толпы на тротуарах.

2-е (дополнительное) сочетание учитывает наибольшее го
ризонтальное воздействие вдоль мостового сооружения от веса 
пролётных строений и опоры, а также от временной вертикальной 
нагрузки на одном большем по длине пролете. Совместно с указанными нагрузками учитывается следующая комбинация горизонтальных нагрузок: усилие от торможения с одного направления движения большего пролета и ветровое давление на опору, 
действующее вдоль мостового сооружения.

3-е (дополнительное) сочетание учитывает наибольшее воз
действие поперёк мостового сооружения от веса пролетных строений и опоры, а также от временной вертикальной нагрузки на 
двух пролетах одного направления движения с низовой стороны. 
Совместно с указанными нагрузками учитывается следующая 
комбинация горизонтальных нагрузок: поперечные удары от автомобилей и ветровое давление, действующее поперек мостового 
сооружения на опору и пролётные строения.