Определение мощности активной зоны сжимаемой толщи в основании фундамента

Обновлено: 28.04.2024

где е_г — деформация грунта в направлении вертикальной оси в некоторой точке основания (х, у, г).

В СНиП 2.02.01—83 «Основания зданий и сооружений» глубина активной зоны определяется из условия в_г(д—у_грН) = 0,2а_г,_б или
с учетом влияния соседних фундаментов сг₂(д—у_грН) + о_г(д_й) = 0,2о_гб. Активная глубина легко находится графически путем построения эпюры напряжений а_г(д—у_грк) и эпюры 0,2ст_гб и нахождения точки их пересечения (рис. 5.3, а). При наличии в пределах нижней границы Я_а сильно сжимаемых грунтов (с модулем деформации Е < 5 МПа) граница активной зоны ограничивается соотношением о₂(грН) + ст _г(^/) = 0,1ст_г,б-

Рис. 5.3. Определение величины активной глубины сжатия сравнением дополнительных напряжений с бытовыми (а) и по величине структурной прочности (б)

В СНиП П-16—76 «Основания гидротехнических сооружений» граница активной зоны находится из условия, чтобы напряжения от полных внешних нагрузок а₂(д) +

+ 5(Т2,б, где а₂,_б — напряжения от собственного веса столба грунта, отсчитываемого от поверхности дна котлована. В случае однородного грунта ст₂,_б=Я_ау_гр.

В этом случае не учитывается влияние заглубления фундамента сооружения.

Все эти рекомендации являются весьма условными. Более физически обоснованными являются другие способы, которые, к сожалению, менее разработаны. К ним относится способ, предложенный

В. А. Флориным, где за активную глубину сжатия принимается глубина, при которой пренебрежение сжатием более глубоко расположенных слоев основания приводит к возникновению расчетной погрешности в величине осадки, не превышающей заданной величины.

Весьма логичен способ (рис. 5.3, б), основанный на условии, что в пределах активной глубины, включая его нижнюю границу, а_г<д) + + сг_г(^) > Остр, где Остр — величина структурной прочности грунта (см. § 1.4).

В последние годы в ряде нормативных документов получил развитие способ определения Я_а путем введения ниже Я_а условного, несуществующего абсолютно несжимаемого подстилающего слоя — способ линейно деформируемого слоя конечной толщины. Расчетная толщина линейно деформируемого слоя определяется по чисто эмпирической зависимости Я_а>рас = Я₀._а + Ы, где Ъ — ширина сооруже

ния, м; Н₀,а и / — эмпирические величины, принимаемые соответственно равными для оснований, сложенных: глинистыми грунтами — Эми 0,15; песчаными грунтами — 6 м и 0,1. Кроме того, вводятся поправки на интенсивность давления от сооружения умножением Яа.рас на понижающий или повышающий коэффициент (0,8. 1,2). Условность введения в однородной толще грунта подстилающего фиктивного абсолютно несжимаемого слоя очевидна.

Конечно, во всех способах при залегании действительно несжимаемых грунтов в пределах Я_а глубина сжимаемого слоя должна ограничиваться кровлей этого грунта. В этом случае применение для расчета осадки слоя конечной толщины с Я_а>Рас <. Я_а вполне обосновано.

о-г(Тгр^) — напряжения от нагрузки — у_грк, определяемые из решения теории упругости (см. гл. 3).

Тем или иным способом определяется активная глубина сжатия, например путем сопоставления бытовых напряжений с дополнительными напряжениями, вызванными нагрузкой —у_грк (рис. 5.4). Вся активная глубина делится на элементарные слои Аг и в середине каждого слоя определяются напряжения о' и о".

Зная напряжения а' и а", по компрессионной кривой (рис. 5.5) можно определить соответствующие им коэффициенты пористости е_х и е₂. Коэффициент пористости е_х определяется на основной ветви компрессионной кривой (рис. 5.5), а е₂, полученный в результате разгрузки основания, — на кривой разбухания. Необходимую из е_х кривую разгрузки можно провести по интерполяции между двумя соседними ветвями разгрузки (на рис. 5.5 пунктиром).

Учитывая ранее полученную зависимость (2.13) между изменением коэффициента пористости и относительной деформацией в условиях невозможности бокового расширения е₂ = (е_х— е₂)/( 1 + е_х).

Для расчета затухания осадок фундаментов во времени можно воспользоваться методом эквивалентного слоя профессора Н.А. Цытовича.

В этом случае осадка слоистого основания определяется приближенно из выражения

где h_э – мощность эквивалентного слоя, м, определяемая из выражения

где h_э – коэффициент эквивалентного слоя, м, зависящий от коэффициента Пуассона ,формы подошвы и жесткости фундамента, определяется по таблице 3.1;

B - ширина подошвы фундамента, м ;

_о - средний коэффициент относительной сжимаемости грунта,

Р_o - дополнительное (уплотняющее) давление по подошве

В расчетной схеме сжимаемую толщу грунта, которая оказывает влияние на осадку фундамента, принимают равной двум мощностям эквивалентного слоя H = 2 h_э ,а распределение дополнительных давлений – по закону треугольника (рисунок 3.1).

Коэффициент относительной сжимаемости в пределах эквивалентного слоя определяется осредненно по формуле

, (3.3)

где n – число слоев грунта в пределах активной зоны;

h_i – мощность i -го слоя грунта, м ;

Гравий и галька

Тяжелые глины сильно пластичные

Твердые глины и суглинки

Т а б л и ц а 3.1 – Значение коэффициента эквивалентного слоя

П р и м е ч а н и е – A_wo – для центра тяжести гибкого фундамента;

A_wm – для средней осадки гибкого; A_wconst – для осадки жесткого фундамента

oi – коэффициент относительной сжимаемости i - го слоя, кПа -1;

Zi – расстояние от нижней точки эквивалентной треугольной эпюры до середины i - го слоя, м.

Метод эквивалентного слоя дает возможность прогнозировать затухание осадки во времени на основе теория фильтрационной консолидации.

По фильтрационной теории консолидации осадка полностью водонасыщенных грунтов за _время _t _{определяется по формуле}

где U – степень уплотнения (степень консолидации);

S – величина конечной (стабилизированной) осадки, см, определяемой по формуле (3.1).

Значение U изменяется от 0 до I и определяется из решения дифференциальных уравнений в зависимости от схемы распределения давлений в уплотняющемся слое.

Так, для равномерно распределенных давлений

U = _(3.5)

где e – основание натуральных логарифмов;

N – коэффициент, зависящий от физических свойств грунта, условий консолидации и времени

(3.6)

где t – время уплотнения от начала загружения, года ;

h – путь фильтрации воды, м ;

C_v – коэффициент консолидации, м 2 /год, равный

C_v = K_ф / (_o_w_{), (3.7)}

где K_ф – средний коэффициент фильтрация грунта, м/год;

_o– средний коэффициент относительной сжимаемости грунта, кПа -1 :

w – удельный вес воды, кН/м.

При слоистом напластовании грунтов ниже подошвы фундамента производят замену слоистого напластования условным однородным грунтом, обладающим средними характеристиками. Средний коэффициент относительной сжимаемости определяется по формуле (3.3), а средний коэффициент фильтрации грунта по формуле (3.8):

K _ф = , (3.8)

где H – мощность активной зоны грунта, м;

hi – толщина i - го слоя грунта, м , находящегося в пределах активной зоны ;

K_i – коэффициент фильтрации i -го слоя грунта в пределах активной зоны , м/год.

Возможны три основных случая распределения давлений в уплотняющемся слое:

– случай 0 – прямоугольная эпюра давлений;

– случай I – треугольная эпюра с вершиной вверху (при уплотнении от собственного веса);

– случаи 2 – треугольная эпюра с вершиной внизу (при местной нагрузке).

Для упрощения расчетов значения N в зависимости от U для различных случаев приводятся в таблице 3.2

Выбор расчетной схемы уплотняющих давлений зависит от условий выхода воды при фильтрации в процессе уплотнения грунта. Различают следующие схемы:

Схема а. Если водопроницаемость грунтов с глубиной уменьшается, т.е. K_ф₁ > K_ф2 > . >K_ф , то расчет ведется по случаю 2 (см. таблица 3.2) и путь фильтрации воды принимается равным сжимаемой толще h =H , а направление фильтрации - вверх (см. рисунок 3.1).

Схема б. Если в пределах сжимаемой толщи залегают слои хорошо фильтрующего грунта, а наименьшей водопроницаемостью обладает средний слой, т.е. Kф₁ > Kф₂ < Kф₃, считают, что вода отжимается вверх и вниз и расчет ведут по случаю O (см. таблица 3.2). Принимаем путь фильтрации воды, равным половине мощности сжимаемой толщи h =0,5H (см. таблица 3.2).

Схема в. Если основание сложено песчаными и глинистым грунтами, то затуханием осадки песчаных грунтов пренебрегают. За расчетную толщину слабо проницаемого (глинистого) слоя при определении среднего коэффициента фильтрации принимается hi.

Расчет ведется по случаю O (см. табл. 3.2), принимая путь движения воды h = hi / 2 ,

где hi – мощность глинистого слоя, т.е. как при двухсторонней фильтрации.

Приведенные формулы и таблицы дают возможность определить осадку слоя грунта как функцию времени. Конечной целью вычисления является построение кривой затухания осадки по ряду ее точек во времени.

Расчет удобно вести в табличной форме в следующем порядке. Определяют средние характеристики слоистого напластования грунтов. Далее устанавливают вид уплотняющих давлений и условия фильтрации воды. Вычисляют коэффициент консолидации и параметр времени T:

, (3.9)

где h – путь фильтрации воды, м;

С_v – коэффициент консолидации, м 2 /год.

Далее, задаваясь значениями U , вычисляют S_t , по таблице 3.2 определяют коэффициент N и вычисляют время t = T·N.

Мощность активной (сжимаемой) зоны грунтов зависит, прежде всего от строения грунтового основания, от свойств грунтов. Сжимаемость грунтов изучается при компрессионных испытаниях в лабораторных условиях или при полевых “штамповых” испытаниях статической нагрузкой. Основные показатели свойств сжимаемости получают в эксперименте: модуль общей деформации Е₀, коэффициент сжимаемости а, коэффициент относительной сжимаемости а₀.

Мощность сжимаемой толщи (активной зоны) оценивается сравнением величин напряжений, возникающих в основании под нагрузкой от сооружения _z ₍_p₎ и напряжений возникающих в грунте под собственным весом вышележащей толщи . Напряжение под дополнительной нагрузкой может быть определено двумя методами, по методу действия сосредоточенной силы или по методу “угловых точек” , где К₀ также как К коэффициент рассеяния напряжений, определяемый по таблицам [5]. Нижняя граница сжимаемой толщи в основании гражданских и промышленных зданий и сооружений находится на той глубине, где ордината эпюры дополнительных напряжений составляет 0,2 от природного давления (т.е. от ординаты напряжения под действием природного давления, напряжения возникающего под собственным весом грунта)

Если в пределах этой глубины залегают слабые грунты с модулем деформации Е₀

Это положение базируется на том, что соответствует структурной прочности грунта при компрессионном сжатии.

По результатам оценки напряжений строится схема, включающая обобщенную геолого-литологическую колонку и эпюры напряжений (Рис. 2)

Расчетная схема оценки мощности активной зоны

Расчетная схема оценки мощности активной зоны.

NL-отметка поверхности природного рельефа

FL-отметка подошвы фундамента

УГВ-отметка уровня подземных вод

АС-отметка нижней границы активной зоны

Оценка мощности сжатия активной зоны используется при обосновании глубины выработок при изысканиях, при оценке прогнозной величины осадок и в целом ряде практических решений.

2.3. Расчет несущей способности грунтов в основании сооружения.

Практические способы расчета несущей способности грунтов в основании сооружения определяются нормативными документами (СНиП 2.02.01-83*)[1]. Исходными данными для таких расчетов являются:

-инженерно-геологическое строение основания сооружения (инженерно-геологические разрезы)

-наивысшие положения уровня грунтовых вод

-расчетные значения физико-механических характеристик грунтов основания (плотность минеральной части г/см 3 , плотность грунтов с естественной влажностью г/см 3 , угол внутреннего трения , удельное сцепление с кН

-тип фундамента, размеры подошвы его ширина  м, длина l м и глубина заложения d_n м.

Целью расчетов несущей способности грунтов является обеспечение прочности и устойчивости основания любого типа сооружений.

В общем случае вертикальную составляющую силы предельного сопротивления основания N_и, сложенного несколькими грунтами в стабилизированном состоянии СНиП 2.02.01-83* [1] рекомендует определять по следующей формуле:

N_и=b 1 l 1 (Nb 1 +N_ggd+N_ccc),

b 1 и l 1 -соответственно приведенные ширина и длина подошвы фундамента:

l_и и l_е- соответственно эксцентриситеты приложения равнодействующей всех нагрузок в уровне подошвы фундамента, причем символом b обозначена сторона фундамента в направлении которой ожидается потеря устойчивости основания, при центральном приложении нагрузки b 1 =b, l 1 =l.

Коэффициенты N, N_g, N_c принимаются по таблице 1 в зависимости от расчетного значения и, при этом необходимо выполнение условия tg< sin

Коэффициенты , ,вносят поправку на соотношение сторон фундамента=l/b. При 5 фундамент рассматривается как работающий в условиях плоской задачи, тогда _у = _g= _c =1. В пределах между этими величинами поправочные коэффициенты рассчитываются по формулам: ,,

При высоком положении уровня подземных вод значение плотности нужно принимать с учетом взвешивающего действия воды

, где

- плотность грунта во взвешанном состоянии, г/см 3 , г/ м 3

-плотность частиц грунта г/см 3 , г/ м 3

-плотность воды, принимаемая, равной 10 кН/м 3

е- коэффициент пористости грунта

Угол внутреннего трения грунта

Коэффициенты N, N_g, N_c при углах наклона к вертикали равнодействующей внешней нагрузки , град. равных

NN_g N_c

NN_g

Примечания: 1. В фигурных скобках приведены значения коэффициентов несущей способности, соответствующие указанным рядом значениям , полученным из условия tg

2. -угол наклона равнодействующей нагрузки к вертикали.

Предельное сопротивление оснований, сложенных неконсолидированными пылевато-глинистыми грунтами, для прямоугольных фундаментов lи=b 1 l 1 (N₊ N_g₊ N_c), полагая и

Допущение =0 связано с предположением наибольшего значения порового давления в медленно уплотняющихся водонасыщенных грунтах и идет в запас прочности.

Вертикальную составляющую силы предельного сопротивления основания N_и, сложенного скальными грунтами определяют по формуле N_и=R_cb 1 l 1 , где R_с- прочность образца грунта на одноосное сжатие. Остальные обозначения те же [1,5]

Статистикой установлено, что если допустить под подошвой центрально нагруженного фундамента шириной b развитие зон предельного равновесия на глубину z_max=1/4b , то несущая способность основания остается обеспеченной.

В соответствии с действующими документами по проектированию введено понятие нормативного сопротивления грунта основания R n . Значение нормативного сопротивления определяют поставив в формулу R_кр=[1,5]

В СНиП 2.02.01-83* эта формула представлена в виде трехчленного выражения R n =Mb+ M 1 d+M_cc, где M, М_g, М_с безразмерные коэффициенты, зависящие от угла внутреннего трения , значения их приведены в таблице 2.

Понятие эквивалентной эпюры было введено Н.А. Цытовичем при замене криволинейной эпюры вертикального давления под центром тяжести подошвы фундамента на треугольную. Такой приём может быть применён с достаточной точностью для инженерной практики при решении задач по осадке фундамента на слоистом (многослойном) основании.

Осадку фундамента по методу эквивалентного слоя можно определить из выражения:

P₀-доп. давление по подошве фундамента

m_v-коэф. отн. сжимаемости

h_e-толщина эквивалентного слоя

С другой стороны, осадка данного фундамента может быть определена) как произведение площади треугольной эквивалентной эпюры на коэффициент относительной сжимаемости грунта:

В том и другом выражениях, поскольку левые части равны, то приравниваем их правые части и получаем: H=2h_e

Тогда высота эквивалентной эпюры или величина H – мощность активной зоны, в пределах которой практически деформируется грунт под действием уплотняющих давлений, составит: Н=2h_е.

Основные причины развития неравномерных осадок здания и мероприятия по их уменьшению.

Неравномерные осадки грунтов основания совместно со зданием происходят, с одной стороны, в результате неоднородных напластаваний и состава грунтов основания (разные толщины и выклинивание отдельных пластов грунта, наличие линз, отдельных включений, разная деформативность и скорость затухания осадки различных слоев во времени, изменение уровня подземных вод и т.д.) и, с другой стороны, в результате конструктивных и эксплуатационных особенностей как всего сооружения, так и его фундаментов (жесткость-гибкость несущих конструкций, разные нагрузки на фундаменты одинаковых и различных размеров и глубин заложения, изменение их нагружения в период эксплуатации, влияние пригрузки соседними сооружениями, материалами, готовой продукцией

Виды деформаций оснований зданий и сооружений. Предельно допустимые их значения.

* — относительная разность осадок - отношение разности в осадке двух участков фундамента к расстоянию между этими участками.

Превышение предельных деформаций основания

Превышение предельных значений деформации или неравномерность осадки влечет за собой деформации, перемещения, и, в крайнем случае, разрушения дома (сооружения).

Различают следующие виды деформаций дома (сооружения):

· выгиб, прогиб – искривления сооружения. Опасная зона растяжения при выгибе расположена в верхней части дома, при прогибе - в нижней. Возникают в зданиях и сооружениях, не обладающих большой жесткостью. Чем больше жесткость сооружения, тем меньше величина прогиба/выгиба;

· перекос - возникает в конструкциях вследствие неравномерных осадок на участке небольшой протяженности;

· крен –возникает в относительно высоких зданиях при значительной изгибной жесткости строения. Рост крена – опасен для здания и может привести к его последующему разрушению;

· скручивание – возникает при разном крене по длине сооружения. Напряжения развиваются как в элементах стен, так и в конструкциях перекрытий;

· горизонтальные перемещения - возникает в фундаментах, в подпорных стенках или в стенах подвалов, при воздействии на них горизонтальных усилий.

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ - конструкции, предназначенные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

© cyberpedia.su 2017-2020 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!

Господа! Подскажите по какому документу определяется граница активной зоны деформации основания фундамента в горизонтальном направлении (в плане)?
Подозреваю, что зависит от величины сжимаемой толщи основания и угла внутреннего трения деформируемых слоев.
Прошу прощения если такая тема уже была - не нашел

Господа! Подскажите по какому документу определяется граница активной зоны фундамента в горизонтальном направлении (в плане)?
Подозреваю, что зависит от величины сжимаемой толщи основания и угла внутреннего трения деформируемых слоев.
Прошу прощения если такая тема уже была - не нашел

Вы имеете ввиду активную зону деформации основания? Четкой границы у нее, разумеется, нет. Опишите суть Вашей задачи (ведь нахождение границы - не самоцель), тогда, возможно, Вам помогут дельными советами.

Так получается что это и есть цель. Хочу разобраться в этом вопросе детально. С нижней границей сжимаемой толщи все понятно, а вот где "условная" граница в горизонте?
В СП 11-105-97. Часть V. "Районы с особыми природно-техногенными условиями" в п.5.4.3 указано: Размеры зоны влияния в плане и по высоте следует устанавливать расчетом (совместно с проектировщиками). При отсутствии необходимых для расчета данных для сооружений не выше II уровня ответственности допускается принимать следующие размеры зоны влияния.
Так вот и хочу докопаться до истины.
Вопрос "вырос" из темы взаимного влияния фундаментов существующих и вновь возводимых сооружений

Помимо уважаемого Ухова так же рекомендую еще Вялова С.С. и Коновалова П.А.
В их трудах рассмотрены эти вопросы.

Да, конечно речь про активную зону деформации основания.

Понятно. Если говорить только о влиянии нового фундамента (читай: дополнительной нагрузки на основание) на существующие сооружения, откидывая прочие возможные составляющие влияния (разработка котлована, динамические воздействия стройки и пр.), то данная задача решается по общей методике расчета осадки (прил.2 СНиП 2.02.01-83*).
За неимением лучшего, в качестве критерия для ограничения зоны влияния можно принять величину осадки в 1мм (по п. 9.34 СП 22.13330.2011).

Но обычно задача формулируется и решается несколько по-иному: задаются ориентировочной зоной влияния (2. 5)*Нк, Нк-глубина котлована), рассчитывают дополнительные перемещения основания сооружений, попадающих в эту зону, и сравнивают их с допустимыми значениями.

СП "Основания зданий и сооружений"-2004, п. 5.5.37. Вертикальные напряжения на глубине Z от подошвы фундамента по вертикали, проходящей через произвольную точку (в пределах или за пределами рассматриваемого фундамента) определяются алгебраическим суммированием напряжений в угловых точках четырех фиктивных фундаментов. и далее по тексту.

KDS-ekb, метод угловых точек - простой, вам нужно только разобраться с построением "фиктивных" фундаментов, после чего сможете определять напряжения в грунте на любом удалении от фундамента, и на любой глубине. Как и напряжения под фундаментом на любой глубине.

Читайте также: