Основные теоретические положения. Вопросы для самоконтроля

Вопросы для самоконтроля

ГЛАВА IV. Расчет оснований фундаментов мелкого заложения по деформациям

Целью расчета оснований по деформациям является ограничение абсолютных и относительных перемещений фундаментов, а также надфундаментных конструкций такими пределами, при которых гарантируется нормальная эксплуатация сооружения и не снижается его долговечность вследствие появления недопустимых осадок, подъемов, кренов, прогибов.

Расчет оснований по деформациям производится исходя из условия:

(23)

где s – совместная деформация основания и сооружения, определяемая расчетом;

s_u – предельное значение совместной деформации основания и сооружения.

Деформации оснований подразделяются на:

– осадки  – деформации, происходящие в результате уплотнения грунта под воздействием внешних нагрузок и не сопровождающиеся коренным изменением его структуры;

– просадки – деформации, происходящие в результате уплотнения и сопровождающиеся коренным изменением структуры грунта под воздействием как внешних нагрузок и собственного веса грунта, так и дополнительных факторов (замачивание просадочного грунта, оттаивание ледовых прослоек в замершем грунте и др.);

– подъемы и осадки, связанные с изменением объема некоторых грунтов при изменении их влажности или воздействии на них химических веществ (набухание и усадка) и при замерзании воды и оттаивании льда в порах грунта (морозное пучение и оттаивание грунта);

– оседания – деформации земной поверхности, вызываемые разработкой полезных ископаемых, понижением уровня грунтовых вод, проявлением карста;

– горизонтальные перемещения – деформации, связанные с действием горизонтальных нагрузок на основание (фундаменты распорных конструкций, подпорные стены) или со значительными вертикальными перемещениями поверхности при оседаниях, просадках грунтов от собственного веса.

Наиболее опасны для конструкций зданий и сооружений неравномерные деформации основания, которые вызывают дополнительные усилия в конструкциях. При этом, чем больше деформация, тем больше могут быть усилия, которые при определенной их величине приводят к возникновению трещин в конструкциях.

Основными причинами возникновения неравномерных деформаций являются:

 – неравномерная сжимаемость грунтов из-за их неоднородности, выклинивания и непараллельности залегания отдельных слоев (рис.15);

Рис.15. Выклинивание разных по сжимаемости пластов грунта под сооружением

– неодинаковая нагрузка на фундаменты, вынуждающая предусматривать различные размеры их подошвы, а это при одной и той же интенсивности давления на основание вызывает неравномерные осадки уплотнения;

 – неравномерное увлажнение просадочных и набухающих грунтов, приводящее к различным деформациям (просадки или подъема фундаментов);

 – неодновременное загружение фундаментов в процессе строительства и эксплуатации зданий, особенно при строительстве зданий вблизи существующих;

 – неравномерное распределение нагрузок на полы производственных зданий, а также наличие различающейся пригрузки вблизи здания или сооружения.

Расчет оснований по деформациям производится из условия совместной работы сооружения и основания. При этом совместная деформация оценивается следующими расчетными показателями, величины которых не должны превышать их нормируемых значений:

– абсолютной осадкой основания отдельного фундамента s;

 – средней осадкой основания сооружения ;

 – относительной неравномерностью осадок двух фундаментов Δ s/L;

 –– креном фундамента или сооружения в целом i;

 – относительными прогибом или выгибом f/L – отношением стрелы прогиба или выгиба к длине однозначно изгибаемого участка сооружения;

 –– кривизной изгибаемого участка сооружения 1/ R;

 – относительным углом закручивания сооружения θ= Δβ / L;

 – горизонтальным перемещением фундамента u.

Средняя осадка определяется по формуле

(24)

где s_i  – абсолютная осадка i -го фундамента с площадью подошвы A_i.

Предельные значения деформации основания определяются с использованием таблицы прил.4 СНиП [1], где приведены рекомендуемые значения: относительной разности осадок Δ s/L, средней осадки основания и крена фундамента i. Эти значения получены на основании многолетних наблюдений за деформациями зданий и сооружений с различной конструктивной схемой.

Предельные деформации основания не зависят от грунтовых условий строительной площадки, а зависят только от конструкции здания или сооружения и его фундаментов. Чем выше жесткость здания, тем выше допускаемые предельные значения деформаций основания. Если для производственных и жилых зданий с полным каркасом максимальная осадка равна 8 см, то для сооружений элеваторов из железобетонных конструкций на монолитной плите средняя осадка равна 40 см. Это объясняется тем, что элеваторы и дымовые трубы обладают большой способностью перераспределять усилия, возникающие при неравномерной деформации основания.

Согласно п.6 примечаний к таблице СНиП [1] (прил.4), где приведены предельные значения деформации основания, допускается принимать предельные значения деформаций основания на основе опыта проектирования, строительства и эксплуатации зданий и сооружений.

Расчет деформации основания может быть выполнен с использованием как аналитических, так и численных методов расчета. К аналитическим методам относятся:

 – метод элементарного послойного суммирования (методика расчета изложена в прил.2 СНиП [1]);

 – метод эквивалентного слоя грунта;

 – метод линейно-деформируемого слоя.

В рассматриваемом примере используется расчетная схема основания в виде линейно-деформируемого полупространства.

Совместная деформация основания и сооружения определяется методом послойного суммирования осадок отдельных слоев в пределах сжимаемой толщи основания по формуле:

, (25)

где S – конечная осадка основания;

n – число слоев, на которое разделена сжимаемая толща основания Hc;

hi – толщина i-го слоя грунта;

Ei – модуль деформации i-го слоя грунта;

σ_zpi – среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i-ом слое грунта;

β – безразмерный коэффициент, равный 0,8.

При этом распределение вертикальных нормальных напряжений по глубине основания принимается в соответствии со схемой, приведенной на рисунке 16.

Рис.16. Схема распределения вертикальных напряжений: DL  отметка планировки; NL  отметка поверхности природного рельефа; FL  отметка подошвы фундамента;WL  уровень подземных вод; ВС - нижняя граница сжимаемой толщи

Дополнительные вертикальные напряжения на глубине z от подошвы фундамента σ _zp  по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента, определяются по формуле:

(26)

где α – коэффициент, принимаемый в зависимости от формы подошвы фундамента и относительной глубины ζ = 2z / b;

– p ₀ дополнительное вертикальное давление на основание, определяемое из выражения p ₀ = p ₀ - σ_zg,0;

– p  среднее давление под подошвой фундамента;

– σ_zg,0 – вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента (при планировке срезкой принимается σ_zg,0 = γ _d, при отсутствии планировки и планировке подсыпкой σ_zg,0 = γ _dn, где γ  удельный вес грунта, расположенного выше подошвы;

– d и d_n  глубина заложения фундамента соответственно от уровня планировки DL и природного рельефа NL.

При подсчете осадок основание разбивается на отдельные элементарные слои, сжатие которых определяется от дополнительного вертикального нормального напряжения σ _zp, действующего по оси фундамента в середине рассматриваемого слоя.

Суммирование по формуле проводится в пределах сжимаемой толщи основания Hc, нижняя граница которой определяется равенством σ _zp = 0,2 σ _zg. Если найденная нижняя граница сжимаемой толщи находится в слое грунта с модулем деформации E ≤ 5МПа, то нижняя граница сжимаемой толщи определяется исходя из условия σ _zp = 0,1 σ _zg.

Дата добавления: 2014-11-29