Тема:Виды дефор­маций грунтов

Лекция № 5.

Клячевые слова: Свайные фундаменты,свайное поле,несущая способность одиночной сваи,ростверк,осадка свайного куста,висячих свай,сваи-стойки,висячие сваи,несущая способность набивных свай,опускные колодцы.

Все деформации основания можно разделить на несколько видов.

1. Осадки — такие деформации, которые не вызывают коренного изменения структуры грунта и происходят вследствие уплотнения грунта под влиянием внешних нагрузок или (в отдельных случаях) собственного веса грунта.

2. Просадки — деформации в результате коренного изменения структуры грунта под воздействием внешних нагрузок, собственного веса грунта и влиянием дополнительных факторов (замачивание присадочного грунта, оттаивание льдовых прослоек в мерзлом грунте и т. д.).

3. Подъемы и осадки — деформации, обусловленные изменением объемов некоторых грунтов при изменении их влажности или воздействии химических веществ (набухание и усадка),) замерзании воды и оттаивании льда в порах грунта (морозное пучение и оттаивание грунта).

4. Оседания — деформации поверхности грунта в результате разработки полезных ископаемых, понижением уровня подземных вод и т. д.

5. Горизонтальные перемещения — деформации в результате воздействия горизонтальных нагрузок на основание (подпор­ные стены и т. д.) или как следствие значительных вертикальных перемещений поверхностей грунта при оседаниях, просадках грунта от собственного веса и т. п. Расчет оснований фундаментов по деформациям производят по СНиП 2.02.01—83 в соответствии с условием

, (5.1)

где s — совместная деформация основания и сооружения; - предельное значение совместной деформации основания и сооружения.

Методы определения осадок фундаментов. Расчеты осадок оснований фундаментов по СНиПу производят методом послойного суммирования и линейно-деформируемого слоя конечной толщины.

1. Определение осад­ки слоя при сплошной нагрузке (основная задача). При сжатии слоя грунта сплошной равномерно распреде­ленной нагрузкой бу­дет происходить уплот­нение его без возмож­ности бокового расши­рения (компрессионное сжатие). Для решения задачи воспользуемся результатами компрессионных испыта­ний (рис. 5.1).

Рис.5.1. Схема к определению

осадки слоя грунта:

а — схема нагрузки слоя грунта;

6 — компрессион­ная кривая

передаче нагрузки осадка произойдет за счет изменения (уменьшения) объема пор, а объ­ем твердых частиц грунта остается без изменения. Выделим в данном слое на высоту h цилиндр площадью поперечного се­чения А и приравняем объем минеральных частиц до приложе­ния нагрузки и после компрессионного сжатия:

, (5.2)

где е ₁и е₂ — коэффициенты пористости грунта соответственно в условиях естественного залегания и после сжатия грунта.

Сократив обе части уравнения на и решив его относи­тельно h₁, получим

. (5.. 3)

Осадка грунта равна разности его высот до и после уплот­нения нагрузкой

. (5.4)

Учитывая, что значение е₁ —е₂ по закону уплотнения может быть заменено значением ар,

. (5.5)

Но — коэффициент относительной сжимаемости грунта. Тогда осадка слоя при сплошной нагрузке

(5.6)

или

(учитывая, что ). (5.7)

2. Расчет осадок фундаментов методом послойного суммиро­вания.

Общая осадка фундаментов складывается из следующие) элементов: а) остаточной осадки перемятого верхнего слоя грунта при подготовке котлована землеройными механизмами;б) пластических местных выдавливаний грунта в момент установки фундаментов и их загрузки; в) длительных осадок уплотнения и затухающей ползучести сжатой зоны грунта под фун­даментами. Первые два вида осадок следует избегать, для чего котлован надо тщательно готовить. Длительная деформация уплотнения будет наибольшей и зависит от свойств грунтов пределах сжимаемой толщи основания. Для расчета осадок фундамента необходимо иметь следующие данные: а) инженерно-геологические условия строительной площадки с указанием мощности слоев грунта (литологический разрез), уровня грун­товых вод и физико-механические свойства грунтов основания в пределах активной зоны сжатия и т. д.; б) размер и форму фундаментов, чувствительность здания к неравномерным осад­кам; в) данные о глубине заложения фундаментов и нагрузке на грунт от над фундаментных конструкций.

Расчет осадок методом послойного суммирования заключа­ется в том, что осадку грунта под действием сооружения опре­деляют как сумму осадок элементарных слоев грунта такой толщины, для которых можно принимать без особых погрешностей средние значения действующих напряжений и характеристик грунтов.

В соответствии со СНиП 2.02.01—83 расчет осадок отдельностоящих фундаментов методом послойного суммирования производится с использованием расчетной схемы основания в виде однородного линейно-деформируемого полупространства с условным ограничением глубины сжимаемой толщи (рис. 5.2).

На рис. 3.2 приняты обозначения: DL — отметка планировки; NL — отметка поверхности природного рельефа; FL — от- I метка подошвы фундамента; WL — уровень подземных вод; ВС — нижняя граница сжимаемой толщи; d и d_n — глубина за­ложения подошвы фундамента от уровня природного рельефа и уровня планировки; р— среднее давление под подошвой фундамента; ро — дополнительное давление на основание; и — вертикальное напряжение от собственного веса грунта на глубине от подошвы фундамента и на уровне подошвы; — дополнительное вертикальное напряжение от внеш­ней нагрузки на глубине от подошвы фундамента и на уров­не подошвы.

Осадка основания фундамента определяется по формуле: , (3.8)

Рис. 5.2. Схема распределе­ния вертикальных Рис. 5.3. Схема распреде­лении вертикальных

напряжений при определении осадок мето­дам напря­жений при расчете осадок с исполь-

послойного суммирования зованием расчетной схемы в виде линейно-де- формируемого слоя конеч­ной толщины:

— отметкя планировки:

FL —• отметка подошвы фунда­мента;

ВС —нижняя граница сжимаемой толщи

где п — число слоев, на которое разделена по глубине сжимае­мая толща основания; — толща i-ro слоя грунта; - — мо­дуль деформации -го слоя грунта; —среднее дополнитель­ное вертикальное напряжение в -м слое грунта; — безраз­мерный коэффициент, равный 0,8.

Суммирование осадок по этой формуле производится в пре­делах глубины сжимаемой толщи. Последняя ограничивается соотношением . Если найденная нижняя граница сжимаемой толщи заканчивается в слое грунта с модулем общей деформации <5,0 МПа или слон залегает непосредствен­но ниже этой границы, то он включается в состав ее и при этом определяется соотношением .

Определение осадок оснований с использованием расчетной схемы в виде линейно-деформируемого слоя конечной толщины производится по СНиП 2.02.01—83 в соответствии с расчетной схемой, представленной на рис. 5.3.

Этот метод расчета осадок применяется в следующих слу­чаях: а) если в пределах сжимаемой толщи основания Н_с за­легает слой грунта с модулем общей деформации >100 МПа и толщиной с соблюдением условия

. (5.9)

где Е2— модуль общей деформации подстилающего слоя грун­та; б) если ширина или диаметр фундамента м и модуль

общей деформации составляет МПа. В этом случае толщина линейно-деформируемого слоя определяется условием

, (5.10)

где Но и — принимаются равными для оснований из пылевато-глинистых грунтов соответственно 9 и 0,15 м и из песчаных—6 и 0,1 м; Кр — коэффициент, принимаемый при среднем давлении под подошвой фундамента =100 кПа = 0,8; при р= 500 кПа — 1,2; при промежуточном значении р— по интерполяции.

Осадка основания фундаментов

, (5.11)

где р — среднее давление под подошвой фундамента (при ширине фундаментов <10 м и р = ра); Кс и — коэффициенты, I принимаемые по СНиП 2.02.01—83; п — число слоев, отличающихся по сжимаемости в пределах расчетной величины сжимаемого слоя Н; ki и — коэффициенты, определяемые по СНиПу; Ei—модуль общей деформации i-го слоя.

Изменение осадок во времени. Теория фильтрационной консолидации. Определенная расчетом осадка является стабилизированной деформацией основания, т. е. большинством грунтов она достигается по истечении определенного, порой весьма длительного времени. У некоторых видов грунтов (водонасыщенные, текучепластичные глинистые грунты) процесс стабилизации осадки может составлять от нескольких десятков до сотен лет. Только у чистых песков осадки зданий заканчиваются по окончании строительства.

На процесс протекания осадки во времени влияют водопро­ницаемость грунтов в условиях их водонасыщения, ползучесть скелета грунта и деформируемость его компонентов (поровой воды, включений воздуха, паров и газов, органических веществ и т. д.).

Для строительных конструкции зданий и сооружений очень важным показателем является скорость протекания осадок во времени. В случае значительных величин скоростей протекания осадок могут иметь место разрушения конструкций, аварийное состояние зданий и сооружении. При меньших величинах ско­ростей осадок в конструкциях здании возникают медленные деформации ползучести.

Для полностью водонасыщенных глинистых грунтов в на­стоящее время широко применяется теория фильтрационной консолидации при соблюдении следующих условий:

1) грунты рассматриваются в состоя­нии грунтовой массы, т.

е. полностью водонасыщенные грунты со свободной, не­

сжимаемой и гидравлически непрерыв­ной водой;

2) напряжения в скелете грун­та мгновенно вызывают его

деформацию, которая линейно связана с действующим

давлением;

3) грунт не обладает структурной прочностью

и приложенное к нему внешнее давление первоначально

воспри­нимается водой;

4) водопроницаемость 1рунтов

полностью подчиняется закону Дарси.

С учетом изложенных условий теория фильтрационной

консолидации грунтов будет применима для неуплот­ненных,

слабых водонасыщенных глинистых грунтов.

Дата добавления: 2015-06-04