Осадка свайного фундамента

Осадка свайного фундамента

Осадка основания s с использованием расчетной схемы в виде линейно деформируемого полупространства определяется методом послойного суммирования по формуле

При этом распределение вертикальных нормальных напряжений по глубине основания принимается в соответствии со схемой, приведен5 ной на рис.Ф.10.10.

Дополнительные вертикальные напряжения σzp на глубине z от подошвы фундамента по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента, определяются по формуле где α − коэффициент, принимаемый в зависимости от формы подошвы фундамента и относительной глубины дополнительное вертикальное давление на основание, определяемое из выражения среднее давление под подошвой фундамента; − вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента (при планировке срезкой принимается , при отсутствии планировки и планировке подсыпкой удельный вес грунта, расположенного выше подошвы; d и dn − глубина заложения фундамента соответственно от уровня планировки DL и от природного рельефа NL. При подсчете осадок основание разбивается на отдельные элементарные слои, сжатие которых определяется от дополнительного вертикального нормального напряжения σzp, действующего по оси фундамента в середине рассматриваемого слоя.

Суммирование по формуле проводится в пределах сжимаемой толщи основания Hc, нижняя граница которой определяется равенством , а для плитных фундаментов . Если найденная нижняя граница сжимаемой толщи находится в слое грунта с модулем деформации E ≤ 5МПа, то нижняя граница сжимаемой толщи определяется исходя из условия .

Свайные фундаменты передают усилия на основание через боковую поверхность и через свою подошву, ограничиваемую плоскостью, проведенной на уровне острия забивных свай. Осадка фундамента из свай-стоек обычно не рассчитывается из-за ее малости. Тело свайного фундамента образуют собственно сваи и заполняющие межсвайное пространство грунты. Свайный фундамент имеет подошву, большую, чем подошва ростверка, и к контуру свайного поля добавляется со 330 стороны ширины и длины величина средне5 взвешенное значение угла внутреннего трения грунта в пределах высоты фундамента, равной h. При подсчете нагрузки на уровне подошвы фундамента в нее включаются вес грунта и вес свай. Поскольку при подсчете осадок расчет ведется на величину давления за вычетом природного, то практически вес фундамента на осадку почти не влияет, а осадка формируется за счет нагрузки, приходящейся на фундамент от сооружения. Так как величина сжимаемой толщи под свайным фундаментом получается существенно меньшей, чем под фундаментом мелкого заложения, при тех же нагрузках, то и осадка свайного фундамента также обычно получается меньшей, чем осадка фундамента мелкого заложения.


Для начала выясним, что подразумевается под термином — осадка основания (обозначается литерой «s»).

Осадка — это деформация, происходящая в результате уплотнения грунтов, залегающих ниже фундамента, под воздействием нагрузки от здания или сооружения, иногда под воздействием собственного веса вышележащего грунта.

При этом существенного изменения структуры грунтов не происходит и потому такую деформацию можно условно считать упругой. Это означает, что давление на основание (нагрузка от фундамента) должно быть меньше расчетного сопротивления грунта.

Если давление на грунт будет больше расчетного сопротивления грунта, то деформация грунтов будет уже пластической, т.е. не восстанавливаемой со временем даже после снятия нагрузки (например, сноса здания) и приведет к существенному изменению структуры грунтов (как минимум тех, которые находятся ближе всего к подошве фундамента). Такая деформация называется просадкой и будет она значительно больше чем осадка, вот только рассчитать просадку из-за пластической деформации даже приблизительно не возьмется никто (просадка при замачивании просадочных грунтов и по другим возможным причинам, здесь не рассматривается).

Методы уплотнения грунтов перед началом строительства здесь также не рассматриваются. Тем не менее уплотнение грунта перед началом устройства фундамента позволит уменьшить итоговую осадку основания, определить которую мы и собираемся.

Основные положения, принимаемые при расчете осадки основания:

Теоретически для расчета осадки основания достаточно просто знать закон Гука, согласно которому

σ = ЕΔh/h или Δh = σh/E (391.1)

где σ — нормальное напряжение, действующее на стержень, измеряемое в МПа или кгс/см2.

Примечание: нормальные напряжения при рассмотрении оснований часто называются вертикальными нормальными, а потом и просто вертикальными. Сути дела это не меняет, однако позволяет лучше представить направление действия напряжений.

Е — модуль упругости стержня, также измеряемый в МПа или кгс/см2, h — высота (длина) стержня, Δh — величина деформации стержня, которую можно было бы рассматривать как осадку основания, если бы мы действительно имели под подошвой фундамента некий стержень конечной длины и постоянного по длине сечения. Вместо это у нас под фундаментом весь земной шар, состоящий из множества пород, слоев грунтов, грунтовых вод и пр. Поэтому:

При расчете осадки основания используется модель линейно деформируемого полупространства под подошвой фундамента.

В этом линейно деформируемом полупространстве давление фундамента на основание будет чем глубже, тем меньше из-за перераспределения напряжений на единицу площади по мере заглубления. Однако зависимость между глубиной и распределением напряжения — не линейная. Например для точечного фундамента с достаточно малой площадью подошвы давление на основание можно условно рассматривать как сосредоточенную нагрузку в вершине конуса. И чем больше высота конуса, тем больше площадь, на которую будет распределяться эта нагрузка. Таким образом конус — это как бы и есть деформируемый стержень переменного сечения. Давление фундамента на основание обозначается как σq и определяется, как дополнительное вертикальное напряжение. На рассматриваемой глубине z это напряжение обозначается как σzq (см. рисунок 391.1)

Примечание: в СНиПе 2.02.01-83 нагрузка на основание обозначается литерой р, в теоретической механике нагрузка чаще обозначается литерой q и мне такое обозначение ближе. Впрочем принципиального значения это не имеет.

Помимо давления от фундамента на нижележащие слои грунтов давят вышележащие слои грунтов. Это давление обозначается как σγ и определяется, как вертикальное напряжение от собственного веса грунта. Предполагается, что вертикальное напряжение от собственного веса грунта прямо пропорционально рассматриваемой глубине и объемному весу грунта

σγ = γh

где γ — объемный вес сжимаемого грунта, находящегося ниже подошвы фундамента, h — высота слоя сжимаемого грунта

Примечание: В СНиПе 2.02.01-83 это давление обозначается как σg, в СП 50-101-2004 — как σγ, но опять же принципиального значения это не имеет. Мне больше нравится обозначение σγ.

Так как по мере заглубления вертикальные напряжения от фундамента уменьшаются, а от вышележащих слоев грунта увеличиваются, то соответственно и деформации, вызываемые этими напряжениями, изменяются. Т.е.

чем глубже, тем меньше будет влияние нагрузки от фундамента на осадку основания, к тому же на больших глубинах основание и так уже осело под постоянно действующей нагрузкой от вышележащих грунтов, конечно в том случае, если эти грунты находятся в таком состоянии достаточно давно, желательно тысячи или даже миллионы лет. Таким образом нет необходимости рассматривать толщу грунтов бесконечно большой высоты. Нижняя граница сжимаемой толщи принимается на глубине z = Hc, где выполняется условие σzq = 0.2σzγ (см. рис. 391.1).

Примечание: если нижняя граница сжимаемой толщи находится в грунте с модулем деформации Е < 5 МПа (50 кгс/см2) или такой слой залегает непосредственно ниже определенной глубины z = Hc, то нижняя граница сжимаемого слоя определяется, исходя из условия σzq = 0.1σzγ.

При этом изменение значения вертикальных напряжений в зависимости от глубины принимается согласно следующей расчетной схеме:

Рисунок 391.1 Схема распределения вертикальных напряжений в линейно-деформируемом полупространстве

Здесь

DL — отметка планировки (уровень грунта после окончания строительства);

NL — отметка поверхности природного рельефа (уровень грунта до начала строительства);

FL — отметка подошвы фундамента;

WL — уровень подземных вод;

В.С — нижняя граница сжимаемой толщи, определяемая расчетом;

d и dn глубина заложения фундамента соответственно от уровня планировки и от поверхности природного рельефа;

b — ширина фундамента;

q — среднее давление под подошвой фундамента;

q0 — дополнительное давление на основание;

σzγ и σzγ,0 — вертикальное напряжение от собственного веса грунта на глубине z от подошвы фундамента и на уровне подошвы;

σzq и σzq,0 — дополнительное вертикальное напряжение от внешней нагрузки на глубине z от подошвы фундамента и на уровне подошвы;

Нс — глубина сжимаемой толщи, определяемая расчетом.

Так как на значение дополнительного вертикального напряжения кроме рассматриваемой в п.3 глубины также влияет ширина фундамента и рассматриваемая точка подошвы фундамента, то значение нагрузки от фундамента на рассматриваемой глубине z рекомендуется определять по следующим формулам:

σzq = aqo (391.2.1)

σzq,c = aqo/4 (391.2.2)

где

а — коэффициент, принимаемый по таблице 391.1 в зависимости от формы подошвы фундамента, соотношения сторон прямоугольного фундамента и относительной глубины, равной: x = 2z/b при определении σzq и x = z/b при определении σzq,c. Приведенные в таблице 391.1 значения коэффициента а — результат достаточно сложных расчетов для модели линейно деформируемого полупространства, что позволяет проектировщику сэкономить множество времени, сил и вообще значительно упростить расчет (хотя поначалу так не кажется).

Таблица 391.1

qo = q — σzγ,0 — дополнительное вертикальное давление на основание (для фундаментов шириной b ≥ 10 м принимается q0 = q)

q — среднее давление под подошвой фундамента (среднее потому, что в зависимости от формы фундамент может рассматриваться как балка на упругом основании и для такой балки распределение давления по ширине подошвы может быть не равномерным. Таким образом принятие среднего значения также позволяет упростить расчеты).

szγ,0 — вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента. При планировке срезкой принимается σzγ,0 = γ’d (в данном случае следует помнить, что рисунок 391.1 является схематическим и отметка поверхности рельефа может быть выше отметки планировки, а не ниже, как показано на рисунке), при отсутствии планировки и планировке подсыпкой σzγ,0 = γ’dn, где γ’ — удельный вес грунта, расположенного выше подошвы фундамента, d и dn — показаны на рис.391.1.

Примечания к таблице 391.1:

1. b — ширина или диаметр фундамента, l — длина фундамента.

2. Для фундаментов, имеющих подошву в форме правильного многоугольника с площадью F, значения a принимаются как для круглых фундаментов радиусом r = √F/п.

3. Для промежуточных значений x и η коэффициент a определяется по интерполяции.

Согласно вышеизложенному определение значения дополнительного вертикального напряжения в начале и конце рассматриваемого слоя грунта не представляет большой проблемы и в итоге определение осадки s выполняется методом послойного суммирования по следующей формуле:

(391.3)

где

β — безразмерный коэффициент, принимаемый равным 0.8.

σzq,i — среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i-м слое грунта, равное полусумме указанных напряжений на верхней zi-1 и нижней zi границах слоя по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента.

hi и Еi — соответственно высота и модуль упругости i-го слоя грунта.

n — количество рассматриваемых слоев основания.

Чтобы определить высоту сжимаемого слоя грунта Нс, как правило составляется таблица, в которую вносятся значения дополнительного вертикального напряжения и напряжения от собственного веса грунта в начале и в конце рассматриваемого слоя (пример составления подобной таблицы приводится отдельно).

Суммарная осадка, определенная по формуле 391.3, не должна превышать предельных значений, приведенных в таблице 391.2, т.е s ≤ šu:

Таблица 391.2

Вот в принципе и все основные положения, принимаемые при расчете осадки основания (и соответственно фундамента дома). Пример практического использования этих достаточно абстрактных формул и положений приводится отдельно.

Определение осадки фундаментов методом послойного суммирования

⇐ Предыдущая12345

В практике строительства в зависимости от свойств оснований и конструкций фундаментов существует более 20 методов определения осадки фундаментов. Рассматриваемый метод расчёта осадки методом послойного суммирования рекомендуется в СНиП (в строительных нормах и правилах), поэтому ему внимание и рассмотрим его подробно в деталях.

Построим расчетную схему (см. рисунок) для отдельностоящего (ленточного) фундамента.

Расчётная схема для отдельно стоящего (ленточного) фундамента для определения его осадки методом послойного суммирования.

Порядок выполнения вычислений:

  1. Строим эпюру Рzр – дополнительных напряжений (уплотняющих давлений).
  2. Строим эпюру природных давлений РΔz, разбив предварительно основание на слои, hi ≤ 0,4b.
  3. Определяем осадку Si отдельных слоёв грунта и, суммируя их, получаем окончательную осадку фундамента.

При этом mvi– определяется из компрессионных испытаний, а величина Pzi – как среднее дополнительное давление в i-том слое грунта (см. эпюру на рисунке).

Если известен модуль общей деформации слоя грунта (Е0i), то осадка может быть определена следующим выражением:

где коэффициент β = 0,8 (по рекомендациям СНиП).

Основные допущения при расчете по этому методу:

  1. Линейная зависимость между напряжениями и деформациями.
  2. Осадки рассматриваются, исходя из эпюры максимальных уплотняющих давлений – под центром фундамента.
  3. Не учитывается, как правило, слоистость напластований при построении Pzр.
  4. Эта задача пространственная (6 компонентов напряжений), мы учитываем лишь только вертикальные напряжения Pzр (5 компонентов не учитываем).
  5. Не учитываем боковое расширение грунта.
  6. На некоторой глубине ограничиваем активную зону, ниже которой считаем, что грунт практически не деформируется, следующими условиями:

Последнее допущение в рассматриваемом методе позволяет определить необходимое число слоёв (n) в знаке суммирования при вычислении осадки фундамента и, таким образом, успешно решить поставленную задачу.

9. Несущая способность оснований.

Под несущей способностью основания подразумевается нагрузка, после превышения которой в нем возникают опасные для сооружения деформации или недопустимые перемещения.
Характер деформации грунтов основания под воздействием на него возрастающей нагрузки меняется. Принято различать три фазы деформации основания.
В начальной (первой) фазе, называемой фазой уплотнения грунта, осадка основания обусловливается уменьшением размеров пор грунта, расположенного под фундаментом, т. е. уплотнением этого грунта. Эта фаза характерна тем, что касательные напряжения для всех площадок, проходящих через любые точки основания, удовлетворяют условию (1.24) и, следовательно, в основании не возникают сдвиги.


Рис. 3.1. Фазы деформации основания:
а — конец фазы уплотнения; б — фаза сдвигов; в—фаза выпирания; 1 — области предельного равновесия; 2 — уплотненное ядро

При увеличении нагрузки в точках основания, расположенных у краев подошвы фундамента (точки 1 на рис. 3.1, а), возникают сдвиги. С этого момента начинается вторая фаза деформации основания, называемая фазой сдвига. Сдвиги по мере увеличения нагрузки захватывают все большие области, которые называют областями предельного равновесия (области 1 на рис. 3.1, б). Непосредственно под фундаментом образуется уплотненное ядро грунта в форме клина, в пределах которого сдвиги не происходят. Во второй фазе осадка основания обусловливается не только уплотнением грунта, расположенного под фундаментом, но и его смещениями в стороны. Давление р по подошве фундамента, соответствующее началу второй фазы деформации основания, называют предельным краевым давлением и обозначают ррr.
При дальнейшем увеличении сжимающей нагрузки образовавшееся под фундаментом уплотненное грунтовое ядро 2 (рис. 3.1, в), перемещаясь вниз, расклинивает окружающий грунт и сдвигает его по поверхностям скольжения в стороны и вверх. Основание оказывается разрушенным.

Процесс разрушения основания относят к третьей фазе деформации — фазе выпирания. Давление р по подошве фундамента, соответствующее началу третьей фазы деформации, называют предельным давлением.

Несколько иная картина получается для фундаментов с увеличенной глубиной заложения (рис. 3. 2). В этом случае под фундаментом при его нагружении также образуется уплотненное ядро, однако выпора грунта на поверхность не происходит из-за большого всестороннего обжатия. Зоны сдвигов имеют небольшое развитие, и сдвигаемый грунт способен вызвать только уплотнение в зоне, расположенной вокруг подошвы фундамента. Это обусловливает повышение несущей способности оснований с увеличением глубины заложения фундаментов.
На рис. 3.3 изображен характерный график зависимости осадки основания s от давления р по подошве фундамента. Первой фазе деформации основания (фазе уплотнения грунта) соответствует начальный участок OA, на котором зависимость осадки от давления близка к прямолинейной. Второй фазе (фазе сдвигов) соответствует участок АВ, где зависимость осадки от давления носит отчетливо выраженный криволинейный характер. Давление рpr, соответствующее точке А (на границе указанных участков), называется пределом пропорциональности. Третьей фазе (фазе выпирания) соответствует участок ВС, который характеризует весьма резкое (катастрофическое) возрастание осадки. Стабилизация осадки не всегда достигается, поэтому давление ри, соответствующее началу третьей фазы деформации основания (точке В), называется пределом прочности или пределом несущей способности основания.

Рис. 3.2. Схема разрушения песчаного основания под фундаментом глубокого заложения 1— зоны сдвига; 2 — уплотненное ядро Рис. 3.3. Зависимость осадки s от давления р

10. Виды фундаментов мелкого заложения.

11. Особенности и области применения фундаментов мелкого заложения.

12. Проверка по устойчивости против опрокидывания.

13. Устойчивость конструкций против сдвига.

14. Определение размеров подошвы внецентренно нагруженных фундаментов.

15. Проверка прочности подстилающего слоя.

16. Определение крена фундамента.

17. Гидроизоляция фундаментов и защита их от воздействия агрессивных вод.

18. Классификация свай, виды свайных фундаментов и типы ростверков.

19. Сваи, погружаемые в грунт в готовом виде.

20. Сваи, изготовляемые в грунте.

21. Условия передачи различными сваями нагрузок на грунты основания.

22. Условия работы одиночной сваи и группы висячих свай.

23. Определение несущей способности висячих свай и свай-стоек по грунту.

24. Теоретический, динамический методы определения несущей способности свай. Метод статических испытаний свай. Отказ свай (ложный, истинный).

25. Совместная работа свай на вертикальную и горизонтальную нагрузку.

26. Расчет свайных фундаментов по предельным состояниям.

27. Фундаменты на сильносжимаемых, просадочных, набухающих, вечномерзлых грунтах. Особые условия устройства. Причины необходимости усиления фундаментов и оснований.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСАДКИ ОДИНОЧНОЙ СВАИ

Расчет осадок одиночных свай, прорезающих слой грунта с модулем сдвига GI, МПа (тс/м2), и коэффициентом Пуассона v1, и опирающихся на грунт, рассматриваемый как линейно-деформируемое полупространство, характеризуемое модулем сдвига G2 и коэффициентом Пуассона v2, допускается производить при N £ Fd/gk и при условии l/d > 5, G1l/G2d > 1 (где l/d > 5 — длина сваи, м, d — диаметр или сторона поперечного сечения

сваи, м) по формулам:

а) для одиночной сваи без уширения

s = b N
G1l;
(1)

N -вертикальная нагрузка,передаваемая на сваю,МН(тс); b — коэффициент, определяемый по формуле

b = + 1 — (b¢ / a¢)
l J
,
здесь b = 0,17 ln(kvG1l/G2d) — коэффициент, соответствующий абсолютно жесткой свае
(ЕА = ¥);
а = 0,17 ln(kv1l/d) — тот же коэффициент для случая однородного основания с
характеристиками G1 и v1;
J 2
= EA/G1l — относительная жесткость сваи;
EA -жесткость ствола сваи на сжатие,МН(тс);
l1 — параметр, определяющий увеличение осадки за счет
сжатия ствола и определяемый по формуле

212,J 3/4
l =
3/4
+ 212,J


— коэффициенты, определяемые по формуле kv = 2,82 — 3,78v + 2,18v2 соответственно при v = (v1 + v2)/2 и при v = v1;

б) для одиночной сваи с уширением
s = 0,22N + Nl
G2db EA , (2)

где db — диаметр уширения сваи.

Характеристики G1 и v1, принимаются осредненными для всех слоев грунта в пределах глубины погружения сваи, а G2 и v2 — в пределах 10 диаметров сваи или уширения (для сваи с уширением) при условии, что под нижними концами свай отсутствуют торфы, илы и грунты текучей консистенции.

1. Общие положения………………………………………………………………………………………………………………………………… 2

2. Виды свай………………………………………………………………………………………………………………………………… 3

3. Основные указания по расчету………………………………………………………………………………………………………………………………… 5

4. Расчет несущей способности свай………………………………………………………………………………………………………………………………… 9


Сваи-стойки…………………………………………………………………………………………………………………………….. 9

Висячие забивные сваи всех видов и сваи-оболочки, погружаемые без выемки

грунта…………………………………………………………………………………………………………………………… 10

Висячие набивные и буровые сваи и сваи-оболочки, заполняемые бетоном…………………………………………………………………………………………………………………………… 14

Винтовые сваи…………………………………………………………………………………………………………………………… 17

Учет отрицательных (негативных) сил трения грунта на боковой поверхности

свай…………………………………………………………………………………………………………………………… 18

5. Определение несущей способности свай по результатам полевых исследований………………………………………………………………………………………………………………………………. 19

6. Расчет свайных фундаментов и их оснований по деформациям………………………………………………………………………………………………………………………………. 27

7. Конструирование свайных фундаментов………………………………………………………………………………………………………………………………. 28

Особенности проектирования свайных фундаментов в просадочных грунтах………………………………………………………………………………………………………………………………. 31

9. Особенности проектирования свайных фундаментов в набухающих грунтах………………………………………………………………………………………………………………………………. 35

10. Особенности проектирования свайных фундаментов на подрабатываемых

территориях………………………………………………………………………………………………………………………………. 37

11. Особенности проектирования свайных фундаментов в сейсмических районах………………………………………………………………………………………………………………………………. 40

12. Особенности проектирования свайных фундаментов опор воздушных линий

электропередачи………………………………………………………………………………………………………………………………. 43

13. Особенности проектирования свайных фундаментов малоэтажных сельских

Расчет оснований по деформациям

5.6.5 Расчет оснований по деформациям проводят исходя из условия

s≤su, (5.6)

  • где s — осадка основания фундамента (совместная деформация основания и сооружения);
  • su — предельное значение осадки основания фундамента (совместной деформации основания и сооружения), устанавливаемое в соответствии с требованиями 5.6.46-5.6.50

Определение осадки основания фундаментов

Осадку основания фундамента s, см, определяеся с использованием расчетной схемы в виде линейно деформируемого полупространства согласно 5.6.31.

При глубине котлована не больше 5 м осадку основания фундамента s, см, вычисляют методом послойного суммирования по формуле (5.16.2), без учета ее второго члена (5.6.34)

s=β∑ni(σz,pi-σz,γi)hi)/Ei (5.16)

  • β — безразмерный коэффициент, равный 0,8;
  • σz,pi -среднее значение вертикального нормального напряжения (далее — вертикальное напряжение) от внешней нагрузки в i-м слое грунта по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента (см. 5.6.32), кПа;
  • hi -толщина i-го слоя грунта, см, принимаемая не более 0,4 ширины фундамента;
  • Ei -модуль деформации i-го слоя грунта по ветви первичного нагружения, кПа;
  • σz,γi -среднее значение вертикального напряжения в i-м слое грунта по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента, от собственного веса выбранного при отрывке котлована грунта (см.

    5.6.33), кПа;

  • n -число слоев, на которые разбита сжимаемая толща основания.

При этом распределение вертикальных напряжений по глубине основания принимают в соответствии со схемой, приведенной на рисунке 5.2.
Примечания

  1. Средние значения напряжений σz,pi и σz,γi, в i-м слое грунта допускается вычислять как полусумму соответствующих напряжений на верхней и нижней границах слоя.
  2. При возведении сооружения в отрываемом котловане следует различать три следующих значения вертикальных напряжений: σz,g — от собственного веса грунта до начала строительства; σz,u- после отрывки котлована; σz- после возведения сооружения.

Значения вертикальных напряжений от внешней нагрузки σzp=σz-σzu, кПа для прямоугольных, круглых и ленточных фундаментов на глубине z от подошвы фундамента по вертикали, проходящей через центр подошвы, вычисляют по формуле

σzp=αp (5.17)

  • где α- коэффициент, принимаемый по таблице 5.8 в зависимости от относительной глубины ξ, равной 2z/b;
  • р — среднее давление под подошвой фундамента, кПа.

При сплошной равномерно распределенной нагрузке на поверхности земли интенсивностью q, кПа (например, от веса планировочной насыпи) значение σz,nfp по формуле (5.22) для любой глубины z вычисляют по формуле σz,nfp=σzp+q.

Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на отметке подошвы фундамента σz,γ=σz,g-σzu, кПа, на глубине z от подошвы прямоугольных, круглых и ленточных фундаментов вычисляют по формуле

σz,γ=ασzg,0

  • где α — то же, что и в (5.17);
  • σzg,0- вертикальное напряжение от собственного веса грунта на отметке подошвы фундамента, кПа (при планировке срезкой σzg,0=γ’d, при отсутствии планировки и планировке подсыпкой σzg,0=γ’dn, где γ’ — удельный вес грунта, кН/м, расположенного выше подошвы; d и dn, м (см. рисунок 5.2).

При этом в расчете σz,γ используются размеры в плане не фундамента, а котлована.

Вертикальное эффективное напряжение от собственного веса грунта σz,g, кПа, в точке основания на глубине z от подошвы фундамента, вычисляют по формуле

σz,g=γ’dn+Σi=1nγihi+γi(z-zi-1)-u, (5.23)

  • где γ’-средний удельный вес грунта, расположенного выше подошвы фундамента;
  • dn м, см. рисунок 5.2;
  • n -номер слоя грунта, в котором расположена рассматриваемая точка;
  • γi и hi- соответственно удельный вес, кН/м3, и толщина i-го слоя грунта;
  • zi-1 -глубина верхней границы i-го слоя грунта, отсчитываемая от подошвы фундамента (см. рисунок 5.2), м;
  • u -поровое давление в рассматриваемой точке, кН/м3

Природное поровое давление в исследуемом слое грунтового основания рассчитывается по формуле

u = ρwgzwi (Б.2 СП 23.13330.2011)

    где ρw — плотность поровой воды, т/м3;
    g – ускорение силы тяжести, м/сек2
    zw,i – глубина залегания уровня i–го слоя грунта от положения уровня грунтовых вод;

Для неводонасыщенных грунтов поровое давление принимается равным нулю (u=0).

Удельный вес полностью водонасыщенных грунтов (степень водонасыщения Sr=1, удельный вес γ= γsat) с учетом взвешивающего действия воды определяется по формуле

γsb=γsat-γw (63)

  • где γsat — удельный вес грунта при полном водонасыщении;

или по формуле

γsb=(γs-γw)/(1+e), (36)

  • где γsb — удельный вес частиц грунта, принимаемый равным для песчаного грунта 26 кН/м3, для пылевато-глинистого 27 кН/м3;
  • γw — удельный вес воды, принимаемый равным 10 кН/м3;
  • е — коэффициент пористости.

Нижнюю границу сжимаемой толщи основания принимают на глубине z=Нc, где выполняется условие σzp=0,5σgp. При этом глубина сжимаемой толщи не должна быть меньше Hmin, равной b/2 при b≤10 м, (4+0,1b) при 10<b≤60 м и 10 м при b>60 м. (5.6.41)

Ниже, в качестве примера, приведен расчет осадки основания фундамента реконструируемого деревянного дома. (см. описание фундамента и грунтовые условия на площадке строительства см. столбчатый фундамент на песчаной подушке).

Решение

Осадку основания фундамента s, см, с использованием расчетной схемы в виде линейно деформируемого полупространства (см. п. 5.6.31) определяют методом послойного суммирования по формуле (5.16 )

s = β∑ni=1 (σzp,I — σγ,i)hi / Ei + β∑ni=1 σzγ,Ihi / Eв,i (5.16)

  1. Определяем среднее давления под подошвой при основном сочетании нагрузок для расчета основания фундамента реконструируемого деревянного здания по деформациям р = 88,26 кН
  2. Принимаем при ширине фундамента при b = 0,2 м высоту элементарного слоя грунта hi = hi,min / 2 = 0,04 м., учитывая, что согласно величина h, входящая в форумулу (5.16) должна быть не более 0,4 ширины фундамент: hi,min ≤ 0,4b = 0,4 × 0,2 = 0,08 м.
  3. Определяем средневзвешенный удельный вес грунта γ’ слоев I и II, лежащих выше подошвы фудамента

    γ’ =(γ’1h1 +γ’2h2)/(h1+h2) = (12,0×0,2 + 18,4×0,4) / (0,2×0,4) = 1,63 кН / м3

      где γ’1 и h1 — соотвственно удельный вес и толщина слоя I;
      γ’1 и h1 — соотвственно удельный вес и толщина слоя II;
  4. По формуле (5.18) находим природное напряжение на уровне подошвы фундамента:

    σzg,0 = γ’d = 18,4 кН/м3 × 0,6 м = 11,6 кПа.

  5. Интерполируя, определяем коэффициенты αi для прямоугольных фундаментов с соотношением сторон η = l/b = 0,4/0.2 = 2,
    α- коэффициент, принимаемый по таблице 5.8 СП 22.13330.2011, в зависимости от относительной глубины ξ, равной 2z/b;

По формуле (5.8) определяем величены напряжений σzg,i в элементарных слоях от собсвенного веса вышележажих слоев грунта и от внешней нагрузки σzp,i на глубине z. Нижняя границы сжимаемой толщи основания Hс определяется графическим способом как ордината точка пересечения кривой σzp с прямой 0,5σzg. Для упрощения расчета пренебрегаем снижением напряжений от собсвенного веса вынутого в котловане грунта. Результаты расчета приведены в нижеледующей таблице.

z,
м
ξ α(η=1,8) α(η=2,4) α(η=2,0) σzp,
кПа
σzp,ср,
кПа
σzg,
кПа
σzg,ср,
кПа
0,5σzg,ср,
кПа
s, см
0 0 1 1 1 100,30 99,06 9,76 9,95 4,97 0,02
0,04 0,4 0,975 0,976 0,975 97,82 92,51 10,52 10,89 5,45 0,02
0,08 0,8 0,866 0,876 0,869 87,19 79,92 12,03 12,60 6,30 0,02
0,12 1,2 0,717 0,739 0,724 72,65 65,88 14,30 15,05 9,13 0,01
0,16 1,6 0,578 0,612 0,589 59,11 53,47 17,18 17,57 8,69 0,01
0,2 2 0,463 0,505 0,477 47,84 43,43 21,10 22,23 11,12 0,01
0,24 2,4 0,374 0,419 0,389 39,01 35,50 25,64 26,96 13,48 0,01
0,28 2,8 0,304 0,349 0,319 31,99 29,30 30,93 32,44 16,22 0,01
0,32 3,2 0,251 0,294 0,265 26,61 24,47 36,98 38,68 19,34 0,00
0,36 3,6 0,209 0,25 0,223 22,33 20,63 43,78 45,67 22,84 0,00
Средняя осадка фундамента, см 0,10

Нижняя граница сжимаемой толщи основания Hc = 0,35 м.
Средняя осадка фундамента s = 0,10 см и относительная разность осадок Δs/Lu = 0,10/170 = 0,0006 не превышает предельных деформаций основания фундаментов здания с деревянными конструкциями на столбчатых фундаментах.
Согласно п.6.8.10 при заложении фундаментов выше расчетной глубины промерзания пучинистых грунтов (малозаглубленные фундаменты) необходимо производить расчет деформаций морозного пучения грунтов основания с учетом касательных и нормальных сил морозного пучения.

Наверх

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *