Определение несущей способности основания

 

По мере загружения фундамента наблюдаются две критические нагрузки: нагрузка соответствующая началу возникновения в грунте зон сдвига и окончания фазы уплотнения, и нагрузка, при которой под нагруженным фундаментом сформировываются сплошные области предельного равновесия, происходит потеря устойчивости грунтов основания и исчерпывается его несущая способность.

Начальная критическая нагрузка р_кр соответствует случаю, когда в основании под подошвой фундамента возникает предельное состояние. Эта нагрузка ещё безопасна в основаниях сооружений, так как до её достижения грунт всегда находится в фазе уплотнения.

При нагрузках, меньших начальной критической, во всех точках основания напряжённые состояния допредельные и деформируемость грунта подчиняется закону упругости (Гука). Следовательно, для определения начальной критической нагрузки могут быть использованы решения теории упругости.

Определение р_кр дано в решении В.В. Пузыревского. Грунт рассматривается как однородное, изотропное тело.

, (7)

где - удельный вес грунта под подошвой фундамента; - глубина заложения фундамента; - угол внутреннего трения грунта под подошвой фундамента; - удельное сцепление грунта под подошвой фундамента.

Давление, равное р_кр или меньше его, рассматривается как абсолютно безопасное давление на основание.

Строительные нормы СП 22.133300 [3] допускают развитие пластических деформаций в краевых участках фундаментов на глубину 0,25 ширины фундамента . Такая нагрузка соответствует расчётному сопротивлению грунта, которое определяется по формуле

(8)

Численные значения коэффициентов , и приведены в прил. 3.

При увеличении нагрузки на основание сверх р_кр в грунтах основания формируются области предельного состояния, грунты теряют свою несущую способность и развивается незатухающая провальная осадка, сопровождаемая выпором грунта в стороны и на поверхность в случае неглубокого заложения фундамента. Такое состояние не допустимо для любого сооружения. Предельную нагрузку рассчитывают по формуле

, (9)

где , и - коэффициенты несущей способности грунта основания, зависящие от угла внутреннего трения, приведены в прил. 3; , , и - параметры те же, что и в формуле (7).

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСАДКИ ОСНОВАНИЯ И

КРЕНА ФУНДАМЕНТА

 

Расчет осадки фундамента производится методом послойного суммирования согласно СП 22.13330 [3], который позволяет учесть неоднородность основания, выражающуюся в изменении модуля деформации грунта по глубине основания. Суть метода заключается в том, что для горизонтальных площадок, лежащих на вертикальной оси, проходящей через центр подошвы фундамента, вычисляют природное давление от веса грунта s_пр и давление от веса сооружения s_z (рис. 1).

На осадку фундамента влияет толща грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента, определённой мощности h_сж – мощности сжатия, которая подлежит определению.

Нижняя граница сжимаемой толщи (НГСТ) находится на глубине h_сж, где дополнительные напряжения от сооружения s_z составляют 50% от природного давления в основании s_пр. Эту границу можно найти графически, а именно путем наложения на эпюру давления от сооружения эпюры природного давления, уменьшенную в 2 раза.

Если найденная по указанным выше условиям нижняя граница сжимаемой толщи находится в слое грунта с модулем деформации Е ≤ 7 МПа или такой слой залегает непосредственно ниже глубины h_сж, то этот слой включают в сжимаемую толщу, а за h_сж принимают глубину, где выполняется условие σ_z= 0,2 σ _пр.

Сжимаемую толщу делят на элементы, толщина которых D h_i не должна превышать 0,4 b, где b – ширина фундамента, принимаемая по табл. 2. Границы элементов необходимо совмещать с границами естественных слоев грунта, т.к. модули деформации грунтов различны.

Осадку фундамента определяют путем суммирования осадок по элементам слоёв (табл. 6):

(10)

где b – безразмерный коэффициент, равный 0,8; s_i – среднее дополнительное вертикальное напряжение в i- ом слое грунта от веса сооружения и действующих нагрузок, кПа; h_i и E_i – соответственно толщина и модуль деформации i -го слоя грунта; n – число слоев, на которое разбита сжимаемая толща основания.

Напряжение от давления, создаваемого сооружением, под центром подошвы фундамента на глубине z от его подошвы вычисляется по формуле

, (11)

где a – коэффициент, учитывающий затухание напряжений по глубине основания, принимается по прил. 4; р_ос – напряжение на уровне подошвы фундамента, определяют по формуле

,(12)

где Р – вертикальная нагрузка на уровне подошвы фундамента, кН (табл. 2); А = l∙b – площадь подошвы фундамента; – удельный вес грунта, лежащего выше подошвы фундамента, кН/м³; h_i – мощности слоёв, лежащих выше подошвы фундамента, м; n – количество слоёв, лежащих выше подошвы фундамента.

Природное напряжение на глубине от дневной поверхности вычисляют по формуле

, (13)

где g _i и h_i – соответственно удельный вес и толщина каждого слоя грунта.

При расчете природного давления грунтов, расположенных ниже уровня подземных вод, необходимо учитывать взвешивающее действие воды. В этом случае вместо используют .

При определении природного давления на кровле слоя водонепроницаемого грунта (глина, суглинок твердый и полутвердый) необходимо учитывать дополнительное гидростатическое давление , определяемое по формуле (рис. 1):

, (14)

где – удельный вес воды, кН/м³ ( кН/м³).

После этого строят эпюры и (рис. 1) и находят НГСТ, т.е горизонт, ниже которого соблюдается условие .

Таблица 6

Расчет осадки фундамента

 

nz=z/b

z=nzb, м

, кПа

, м

, кПа

, кПа

 

Осадки запроектированных фундаментов должны удовлетворять условию [3]:

, (15)

где S – совместная деформация основания и сооружения, определяемая выше приведённым расчетом (см. формулу 10); S_u – предельное значение совместной деформации основания и сооружения (см. прил. 4).

Относительная разность осадок, согласно условию должна быть (см. прил. 4):

, (16)

где – разность осадок смежных фундаментов по оси скважин №1, 2, м; L –расстояние между фундаментами, м.