Расчет фундамента мелкого заложения по 1 группе предельных состояний

Обновлено: 01.05.2024

Проектирование оснований является неотъемлемой составной частью проектирования сооружений в целом. Статическая схема сооружения, его конструктивное и объемно-планировочное решение, плановая и высотная привязка должны приниматься с учетом инженерно-геологических условий площадки строительства и технически возможных решений фундаментов.

Проектирование оснований включает обоснованный расчетом выбор типа оснований (естественное или искусственное), а также конструкции, материала и размеров фундаментов (мелкого или глубокого заложения; ленточные, плитные, столбчатые; железобетонные, бетонные, бутобетонные и др.) с применением в случае необходимости строительных или конструктивных мероприятий для уменьшения влияния деформаций оснований на эксплуатационную пригодность сооружений [4].

Основания рассчитывают по двум группам предельных состояний:

– по первой группе — по несущей способности;
– по второй группе — по деформациям (по осадкам, прогибам, подъемам и пр.).

В расчетах оснований следует учитывать совместное действие силовых факторов и неблагоприятных влияний внешней среды (например, влияние на физико-механические свойства грунтов атмосферных или подземных вод, тепловых источников различного вида, климатических воздействий и т.п.). Необходимо иметь в виду, что к изменению влажности особенно чувствительны просадочные, набухающие и засоленные грунты, к изменению температурного режима — набухающие и пучинистые грунты.

Расчет оснований по деформациям должен выполняться всегда, расчет по несущей способности выполняется в следующих случаях:

а) на основание передаются значительные горизонтальные нагрузки (подпорные стены, фундаменты распорных конструкций и т.п.), в том числе сейсмические;

б) фундамент или сооружение расположены на откосе или вблизи откоса;

в) основание сложено медленно уплотняющимися водонасыщенными пылевато-глинистыми и биогенными грунтами (заторфованными, торфами и сапропелями), а также илами при степени их влажности S_r ≥ 0,85 и коэффициенте консолидации с_v ≤ 107 см 2 /год;

г) основание сложено скальными грунтами.

Расчет оснований по несущей способности в случаях «а» и «б» можно не производить, если приняты конструктивные мероприятия, исключающие возможность смещения рассматриваемого фундамента.

Если проектом предусматривается возведение сооружения непосредственно после устройства фундаментов до обратной засыпки грунтом пазух котлованов, необходимо проверить несущую способность основания с учетом нагрузок, действующих в процессе строительства.

Расчет по первому предельному состоянию производится для обеспечения несущей способности (прочности и устойчивости) и ограничения развития чрезмерных пластических деформаций грунта основания с учетом возможных неблагоприятных воздействий и условий их работы в период строительства и эксплуатации сооружений; по второму предельному состоянию — для ограничения абсолютных или относительных перемещений (в том числе колебаний) конструкций и оснований такими пределами, при которых обеспечивается нормальная эксплуатация сооружения.

Сооружение и его основание должны рассматриваться как единое целое. О предельном состоянии основания можно говорить лишь в том случае, если все сооружение или отдельные его элементы находятся в предельном состоянии.

При проектировании необходимо учитывать, что потеря несущей способности основания, как правило, приводит конструкции сооружения в предельное состояние первой группы. При этом предельные состояния основания и конструкций сооружения совпадают, Деформации же основания могут привести конструкции сооружения в предельное состояние как второй, так и первой группы, поэтому деформации основания лимитируются как прочностью, устойчивостью и трещиностойкостью конструкций, так и архитектурными и технологическими требованиями, предъявляемыми к сооружению или размещенному в нем оборудованию.

Расчетная схема системы «сооружение-основание» или «фундамент-основание», представляющая собой совокупность упрощающих предположений относительно геометрической схемы конструкции, свойств материалов и грунтов, характера взаимодействия конструкции с основанием (включая схематизацию возможных предельных состояний), должна выбираться с учетом наиболее существенных факторов, определяющих напряженное состояние и деформации основания и конструкций сооружения (статической схемы сооружения, характера напластований и свойств грунтов основания, особенностей возведения сооружения и т.д.). В необходимых случаях должны учитываться пространственная работа конструкций, геометрическая и физическая нелинейность, анизотропность, пластические и реологические свойства материалов и грунтов, а также возможность их изменения в процессе строительства и эксплуатации сооружения.

Для расчета деформаций основания чаще всего используются расчетные схемы основания в виде линейно-деформируемого полупространства или линейно-деформируемого слоя.

При использовании схемы полупространства для расчета осадок глубина сжимаемой толщи основания H_с ограничивается значениями, зависящими от соотношения дополнительных вертикальных нормальных напряжений от внешней нагрузки σ_zp и от собственного веса грунта σ_zg .

Расчетная схема основания в виде линейно-деформируемого слоя применяется в следующих случаях [4]:

– ширина (диаметр) фундамента b ≥ 10 м и модуль деформации грунтов основания Е ≥ 10 МПа;

– в пределах сжимаемой толщи основания H_c , определенной как для линейно-деформируемого полупространства, залегает слой грунта с модулем деформации E₁ ≥ 100 МПа и толщиной h₁ удовлетворяющей условию

(5.1)

где Е₂ — модуль деформации грунта, подстилающего слой грунта с модулем деформации E₁ .

Толщина линейно-деформируемого слоя Н в первом случае вычисляется по формуле (5.62) , во втором случае принимается до кровли малосжимаемого грунта.

Схему в виде линейно-деформируемого слоя допускается также применять для фундаментов шириной b ≥ 10 м при наличии в пределах сжимаемой толщи слоев грунта с модулем деформации E < 10 МПа, если их суммарная толщина не превышает 0,2 Н .

При расчете деформаций основания с использованием расчетных схем основания в виде линейно-деформируемой среды давление под подошвой фундамента ограничивается в соответствии с указаниями п. 5.5.2.

Для расчета конструкций на сжимаемом основании могут применяться схемы, характеризуемые коэффициентом постели или коэффициентом жесткости. Под коэффициентом жесткости понимается отношение нагрузки, действующей на основание, к его расчетной осадке. Такая характеристика сжимаемости основания целесообразна при необходимости учета неоднородности грунтов основания (в том числе вызванной неравномерным замачиванием просадочных грунтов), при расчете конструкций на подрабатываемых территориях и т.д.

В расчетах конструкций пространственно жестких сооружений во взаимодействии со сжимаемым основанием, особенно при значительных ожидаемых неравномерных деформациях основания, рекомендуется учитывать нелинейность деформирования грунтов. При этом допускается использовать упрощенные методы, в которых, в частности, фундаменты сооружения рассматриваются как отдельные нелинейно-деформирующиеся опоры. Зависимость осадки основания таких опор от давления p рекомендуется принимать в виде [2]

(5.2)

где s_R — расчетная осадка основания при давлении p₁ , равном расчетному сопротивлению грунта основания; p_u — давление на основание, соответствующее исчерпанию его несущей способности.

Расчет сооружений во взаимодействии с нелинейно-деформирующимся основанием выполняется с применением ЭВМ.

Развитие деформаций грунтов основания во времени (консолидационное уплотнение, ползучесть), а также анизотропию прочностных и деформационных характеристик грунтов следует учитывать, как правило, при расчете оснований, сложенных водонасыщенными пылевато-глинистыми и биогенными грунтами, а также илами. Для одного и того же сооружения расчетная схема может меняться в зависимости от вида предельного состояния, цели расчета, вида учитываемых воздействий, разработанности методов расчета и т.д.

Пример 5.1. Каркасно-панельное здание повышенной этажности, проектируемое на площадке, где в верхней зоне основания залегают пылеватые пески и суглинки с модулем деформации E = 15—20 МПа, подстилаемые известняками с модулем деформации E = 120 МПа, имеет фундамент в виде коробчатой железобетонной плиты (рис. 5.1, а).

При расчете несущих конструкций здания на ветровые нагрузки в качестве расчетной схемы в данном случае принимается многоэтажная рама с жесткой заделкой стоек в уровне верха фундаментной плиты. Для определения усилий в конструкции фундаментной плиты расчетная схема принимается в виде плиты конечной жесткости на линейно-деформируемом слое. При вычислении крена здания жесткость плиты можно принять бесконечно большой. При определении средней осадки основания, а также при расчете его несущей способности допускается пренебречь жесткостью плиты и считать давление на основание распределенное по линейному закону.

Для расчета конструкций протяженного крупнопанельного жилого дома, имеющего в основании напластование грунтов с ярко выраженной неравномерной сжимаемостью (рис. 5.1, б), целесообразно принять расчетную схему в виде равномерно загруженной балки конечной жесткости на основании с переменным коэффициентом жесткости.

1-я ГПС (по несущей способности)- должна обеспечить прочность грунтов оснований и устойчивость фундаментов на сдвиг, опрокидывание и выдёргивание.

Расчет основания по несущей способности производится по условию

где F – расчетная сила, передаваемая на основание от основного и особого сочетаний нагрузок;

– коэффициент условий работы в зависимости от вида грунтов в основании (от 0.8 до 1);

– сила предельного сопротивления основания, определяемая из условия предельного равновесия грунтов в основании или прочности скальной породы по направлению, соответствующему направлению силы F;

– коэффициент надежности в зависимости от класса сооружения ( принимается 1.1- 1.2).

Расчёт проводят в следующих случаях:

1.на грунт основания передаются значительные горизонтальные нагрузки, в т.ч. сейсмические;

2.фундамент или сооружение располагается на бровке откосе или косогоре;

3.основание сложено водонасыщенными глинистыми либо заторфованными грунтами;

4.основание сложено скальными грунтами;

5.фундамент работает на выдёргивание

Вертикальная составляющая силы предельного состояния наскального основания:

где - приведенные ширина и длина подошвы фундамента, вычисляемые по формулам , . здесь и - соответственно эксцентриситеты приложения равнодействующей нагрузок в

2. Расчет фундамента по прочности основания (1 предельное состояние).

3. Расчет прочности слабого подстилающего слоя.

4. Проверка стойкости положения фундамента.

5. Расчет фундамента мелкого заложения по 2 группе предельных состояний.

Основные положения расчета осадки фундамента методом послойного суммирования.

6. Основные положения по конструированию фундамента мелкого заложения.

1. Общие положения

Все расчеты фундаментов должны отвечать указаниям «СНиП».

В расчет фундаментов мелкого заложения входят:

- проверка прочности (устойчивости) грунтов основания;

- расчет деформаций основания;

- проверка устойчивости положения фундамента и сооружения;

- расчет прочности и трещиностойкости самой конструкции фундамента.

2. Расчет фундамента по прочности основания (1 предельное состояние)

В общем случае на фундамент действуют кроме вертикальных сил, горизонтальные силы и моменты, поэтому расчет фундамента выполняется как внецентренно сжатая конструкция.

При расчете внецентренно нагруженного фундамента необходимо выполнить условие, чтобы наибольшее напряжение под его подошвой не превышало расчетного сопротивления грунта основания сжатию.

При расчете прочности все усилия приводятся к уровню подошвы фундамента.

Основное допущение расчета:

- при определении напружений в основании и деформаций исходят из линейного закона распределения напряжений.

Расчетная схема фундамента показана на рис.1.

Рис.1- Расчетная схема фундамента

Основная расчетная формула по п.7.8 «СНиП 2.05.03-84. Мосты и трубы»

где Р, Р_max – среднее и максимальное давление подошвы фундамента на основание_;

R – расчетное сопротивление основания ( см. приложение 24 «СНиП 2.05.03-84. Мосты и трубы» для грунтовых оснований и для скальных оснований R=R/γ_g ; γ_g =1,4);

– коэффициент надежности по назначению сооружения, =1,4;

– коэффициент условий работи;

( =1.0 – грунты нескальные);

( =1.2 - скальные грунты).

Из сопротивления материалов для внецентренно сжатого стержня

где N – равнодействующая вертикальных сил в уровне подошвы фундамента;

M – момент всех сил относительно горизонтальной оси, которая проходит через центр тяжести подошвы фундамента.

При расчете необходимо все нагрузки привести к уровню подошвы фундамента. В расчете прочности все нагрузки расчетные; γ_f >1.

При расчете промежуточных опор моста проверяются напряжения на расчетные нагрузки вдоль и поперек оси моста, поэтому формула (4) имеет вид :

где А – площадь подошвы фундамента;

W - момент сопротивления площади подошвы фундамента относительно наиболее нагруженной грани

Вдоль оси моста – М_x, поперек оси моста – М_y. Продольная ось моста – y, поперечная (ось опоры) – x.

При расчете может случиться, что наименьшее давление Р_min - отрицательное число. Но так как растягивающие напряжения между грунтом и подошвой фундамента возникнуть не могут, а происходит отрыв подошвы фундамента от грунта, таким образом передача сжимаемого давления будет происходить не по полной подошве фундамента, а по ее части. При расчете фундамента мостовых опор такое положение не допускается, то есть формулами (1) и (2) можно пользоваться при условии, что Р_min – положительное число, то есть

Формулами (1), (2), (4) можно пользоваться для определении размеров подошвы фундамента. Пидбор размеров подошвы фундамента производится методом последовательных приближений.

Минимальные напряжения Р_min техническими условиями непосредственно не ограничиваются. Но при значительной неравномерности напряжений возможен крен фундамента. Поэтому ограничение напряжений Р_min имеет отношение к вопросу деформаций.

3. Расчет прочности слабого подстилающего слоя.

Если под подошвой фундамента на некоторой глубине залегает подстилающий слой более слабого грунта, чем основной несущий, то необходимо выполнить проверку прочности слабого слоя.

Проверка выполняется по приложению «СНиП 2.05.03-84. Мосты и трубы». Необхидноо, чтобы давление на кровле этого слоя не превышало его расчетного сопротивления.

Давление на кровле этого слоя будет состоять из природного давления грунта и дополнительного давления, которое передается грунту сооружением (рис.2).

Рис.2 Схема к расчету прочности підстеляючого слоя

1 – эпюра бытовых (природных) давлений;

2 – эпюра дополнительного давления от сооружения.

Расчетная формула – условие прочности подстилающего слоя:

γ(d +z)+ α ( P – γd ) ≤ R/γ_n ( 7 )

где γ - объємный вес вышележащего слоя;

d=h - глубина заложения фундамента;

z – расстояние от подошвы фундамента до кровли слабого слоя;

- коэффициент рассеивания напряжений по табл. приложения 26 «СНиП 2.05.03-84. Мосты и трубы»;

Расчет оснований по первой группе предельных состояний (по несущей способности) при использовании вечномерзлых грунтов по принципу I является обязательным независимо от температурного состояния мерзлого грунта.

При однородном по составу вечномерзлом грунте принимают R_uf при средней по длине сваи (эквивалентной) температуре вечномерзлого грунта (см. рис. 8).

Рис. 8. Схема к определению несущей способности: а — столбчатого фундамента; 6 — одиночной висячей сваи

Значения расчетных температур грунта основания устанавливаются теплотехническим расчетом или определяются по формулам. Расчет фундаментов на устойчивость при действии значительных горизонтальных нагрузок проводят аналогично расчету фундаментов на немерзлых грунтах. При этом основное сопротивление будут оказывать не силы трения, а силы смерзания грунта с фундаментом по его подошве и боковым граням.

Расчет оснований фундаментов по первой группе предельных состояний (по несущей способности) производится исходя из условия

где F — расчетная нагрузка на основание; F_u — несущая способность основания, определяемая расчетом, а для оснований свайных фундаментов – дополнительно и по данным полевых испытаний свай и статического зондирования;

g_n — коэффициент надежности по ответственности сооружения, принимаемый в соответствии с требованиями СП 22.13330.2011 в зависимости от вида и уровня ответственности сооружения, а для оснований опор мостов — согласно СНиП 2.05.03.

Несущая способность основания F_u, кН, вертикально нагруженной висячей сваи или столбчатого фундамента определяется по формуле

где g_t — температурный коэффициент, учитывающий изменения температуры грунтов основания из-за случайных изменений температуры наружного воздуха;

g_с — коэффициент условий работы основания;

R — расчетное сопротивление мерзлого грунта под нижним концом сваи или под подошвой столбчатого фундамента, кПа;

А — площадь подошвы столбчатого фундамента или площадь опирания сваи на грунт, м 2 , принимаемая для сплошных свай равной площади их поперечного сечения (или площади уширения), для полых свай, погруженных с открытым нижним концом, — площади поперечного сечения сваи брутто при заполнении ее полости цементно-песчаным раствором или грунтом на высоту не менее трех диаметров сваи;

R_af,i — расчетное сопротивление мерзлого грунта или грунтового раствора сдвигу по боковой поверхности смерзания сваи или столбчатого фундамента в пределах (i-го слоя грунта, кПа;

А_af,i — площадь поверхности смерзания i-го слоя грунта с боковой поверхностью сваи, а для столбчатого фундамента — площадь поверхности смерзания грунта с нижней ступенью фундамента, м 2 ;

n — число выделенных при расчете слоев многолетнемерзлого грунта.

При расчете несущей способности основания столбчатого фундамента силы смерзания грунта, определяемые вторым слагаемым формулы (2), учитываются только при условии выполнения обратной засыпки пазух котлована влажным грунтом, что должно быть отмечено в проекте.

В случаях, когда слой сезонного промерзания — оттаивания не сливается с многолетнемерзлым грунтом, несущую способность свай в пределах немерзлого слоя грунта допускается учитывать по СП 24.13330.2011. При этом должны быть предусмотрены меры по стабилизации верхней поверхности многолетнемерзлого грунта, а расчетные сопротивления таликовых грунтов (кроме крупнообломочных и песков со степенью влажности не превышающей 0,8) вдоль боковой поверхности свай, принимаемые по нормативным таблицам СП 24.13330.2011, следует брать с понижающими коэффициентами: 0,8 — для глинистых грунтов, 0,9 — для песчаных водонасыщенных грунтов; для других грунтов понижающие коэффициенты определяют по опытным данным.

Расчетное давление на мерзлый грунт под подошвой фундамента R и расчетные сопротивления мерзлого грунта или грунтового раствора сдвигу по поверхности смерзания фундамента R_af устанавливаются по данным испытаний грунтов, проводимых в соответствии с ГОСТ 12248, с учетом коэффициента надежности по грунту g_g и расчетных температур грунта основания Т_m, T_z и Т_е, определяемых теплотехническим расчетом.

По результатам испытаний грунтов шариковым штампом или на одноосное сжатие расчетные значения R, кПа, вычисляются по формуле

где c_n — нормативное значение предельно длительного сцепления, кПа, принимаемое равным: c_n = c_egn при испытаниях грунтов шариковым штампом и c_n = 0,5R_cn — при испытаниях на одноосное сжатие, где c_egn
и R_cn
— соответственно предельно длительное эквивалентное сцепление и сопротивление грунта одноосному сжатию;

g_I — расчетное значение удельного веса грунта, кН/м 3 ; d — глубина заложения фундамента, м.

При расчетах несущей способности оснований значения R следует принимать: для свайных фундаментов — при расчетной температуре грунта T_z на глубине z, равной глубине погружения сваи; для столбчатых фундаментов — при расчетной температуре грунта T_m на глубине заложения подошвы фундамента.

Расчетные сопротивления сдвигу R_af,i следует принимать: для свайных фундаментов — при температуре грунта T_z на глубине середины i-го слоя грунта; для столбчатых фундаментов — при температуре грунта T_m на глубине, соответствующей середине нижней ступени фундамента.

При расчетах по формуле (2) значения R_af принимается при средней (эквивалентной) температуре грунта Т_е.

Для буроопускных свай расчетное сопротивление сдвигу необходимо принимать наименьшим из значений сдвига по поверхности смерзания сваи R_af и сдвига по грунту или буровому раствору R_sh; для буронабивных свай — по значению R_sh. При расчете несущей способности комбинированных свай (деревометаллических, сборно-монолитных и др.) значения R_af следует принимать с учетом неодинаковой прочности смерзания с грунтом их различных элементов.

Для свай (кроме бурозабивных), опираемых на песчано-щебеночную подушку высотой не менее трех диаметров скважины, при диаметре скважины не более полутора диаметров сваи, расчетное значение R допускается принимать для грунта подушки, а значение А — равным площади забоя скважины. При опирании свай на льдистые грунты с льдистостью i ³ 0,2 расчетные значения R следует принимать с понижающим коэффициентом n_i = 1 — i_i.

Для кратковременных нагрузок с временем действия t, равным или меньшим продолжительности перерывов между ними, расчетные значения Rи R_af допускается принимать с повышающим коэффициентом n_t (кроме опор мостов) в соответствии с данными табл.1.

Таблица 1

Время действия нагрузки t, ч	0,1	0,25	0,5	1	2	8	24
Коэффициент n_t	1,7	1,5	1,35	1,25	1,2	1,1	1,05

Коэффициент условий работы основания g_c принимается по табл. 2 в зависимости от вида и способов устройства фундаментов (кроме опор мостов).

Таблица 2

Виды фундаментов и способы их устройства	Коэффициент g_с
Столбчатые и другие виды фундаментов на естественном основании	1,0
То же на подсыпках	0,9
Буроопускные сваи с применением грунтовых растворов, превышающих по прочности смерзания вмещающие грунты	1,1
То же при равномерной прочности грунтовых растворов и вмещающего грунта	1,0
Опускные и буронабивные сваи	1,0
Бурообсадные, забивные и бурозабивные сваи при диаметре лидерных скважин менее 0,8 диаметра свай	1,0
Бурозабивные при большем диаметре лидерных скважин	0,9

Значен p style=»text-align: center;»/emi/tdия коэффициента g_с, приведенные в табл. 2, допускается увеличивать пропорционально отношению полной нагрузки на фундамент к сумме постоянных и длительных временных нагрузок, но не более чем в 1,2 раза, если расчетные значения деформаций основания при этом не будут превышать предельно допустимых значений.

Передача на фундаменты проектных нагрузок допускается, как правило, при температуре грунтов в основании сооружения не выше установленных на эксплуатационный период расчетных значений. В необходимых случаях следует/tr tr предусматривать мероприятия по предварительному (до загружения фундаментов) охлаждению пластичномерзлых грунтов до установленных расчетом значений температуры.

При соответствующем обосновании расчетом основания по деформациям допускается загружать фундаменты при температурах грунта выше расчетных, но не выше значений: Т = Т_bf — 0,5 °С — для песчаных и крупнообломочных грунтов и Т = Т_bf — 1 °С — для глинистых, где T_bf — температура начала замерзания грунта. Несущая способность основания F_u в этом случае должна определяться при расчетных температурах грунта, устанавливаемых без учета теплового влияния сооружения по формуле (8), принимая коэффициент g_t по расчету.

Расчетные температуры грунтов T_m, T_z и Т_е определяются расчетом теплового взаимодействия сооружения с многолетнемерзлыми грунтами основания в периодически установившемся тепловом режиме с учетом переменных в годовом периоде условий теплообмена на поверхности, формы и размеров сооружения, глубины заложения и расположения фундаментов в плане, а также теплового режима сооружения и принятых способов и средств сохранения мерзлого состояния грунтов основания.

При расчетах многолетнемерзлых оснований по несущей способности и деформациям расчетные температуры грунтов T_m, T_z и Т_е следует принимать равными:

Т_m — максимальной в годовом периоде температуре грунта в установившемся эксплуатационном режиме на глубине заложения фундамента z_d, отсчитываемой от верхней поверхности многолетнемерзлого грунта;

Т_е — максимальной в годовом периоде средней по глубине заложения фундамента z_d температуре многолетнемерзлого грунта в установившемся эксплуатационном режиме (эквивалентная температура грунта);

T_z — температура многолетнемерзлого грунта на данной глубине z от его верхней поверхности, принимаемой на момент установления температуры Т_е.

Для оснований свайных, столбчатых и других видов фундаментов сооружений с холодным (вентилируемым) подпольем, опор трубопроводов, линий электропередач, антенно-мачтовых сооружений, кроме оснований опор мостов, расчетные температуры грунтов T_m, T_z и Т_е допускается определять по формулам:

для оснований сооружений с холодным подпольем

под серединой сооружения
, (4)

под краем сооружения

под углами сооружения

для оснований опор линий электропередач, антенно-мачтовых сооружений и трубопроводов

где — расчетная среднегодовая температура на верхней поверхности многолетнемерзлого грунта в основании сооружения, °С, определяемая согласно обязательному приложению Д;

T_bf — температура начала замерзания грунта, °С; Т_о — расчетная среднегодовая температура грунта, °С;

a_m, a_z и a_e — коэффициенты сезонного изменения температуры грунтов основания, принимаемых по табл. 3 в зависимости от значения параметра , с 0,5 (ч 0,5 ), где z — глубина от поверхности многолетнемерзлого грунта, м;

c_f — объемная теплоемкость, Дж/ (м 3 ×°С), и l_f — теплопроводность мерзлого грунта, Вт/(м 3 ×°С);

k₁, k₂ и k₃ — коэффициенты теплового влияния сооружения, принимаемые по табл. 7.4 в зависимости от отношений z/В и L/В, L и В — соответственно длина и ширина сооружения, м;

k_ts — коэффициент теплового влияния изменения поверхностных условий при возведении фундаментов линейных сооружений, принимаемый по табл. 5 в зависимости от вида и глубины заложения фундаментов z, м.

Расчет оснований по несущей способности сводится к определению предельной нагрузки, при которой у сооружений, передающих основанию доминирующую сдвигающую нагрузку, происходит сдвиг, связанный с резко развивающимися прогрессирующими перемещениями с захватом части массива грунта основания или непосредственно по подошве (рис. 5,33, а); у сооружений, опирающихся на фундаменты мелкого заложения и передающих основанию доминирующую вертикальную нагрузку, происходит выпирание грунта основания из-под фундамента и связанное с этим резкое, прогрессирующее нарастание вертикальных перемещений (рис. 5.33, б); у сооружений, имеющих фундаменты глубокого заложения, нарастание осадок происходит одновременно с увеличением нагрузки (рис. 5.33, в).

Зависимости перемещений штампов от нагрузки, получаемые при штамповых испытаниях грунта, для указанных выше трех случаев представлены на рис. 5.33.

При потере несущей способности основания образуются поверхности скольжения, охватывающие всю подошву фундамента или сооружения. В каждой точке поверхности скольжения по теории прочности Мора-Кулона между нормальными σ и касательными τ напряжениями выполняется соотношение

(5.77)

где φ — угол внутреннего трения грунта; с — удельное сцепление грунта.

Т — горизонтальная составляющая нагрузки на штамп (вертикальная составляющая — постоянная); N — вертикальная нагрузка на штамп (при T = 0)

Расчет оснований по несущей способности производится в следующих случаях:

– на основание передаются значительные горизонтальные нагрузки (горизонтальное давление грунта на подпорные стены, горизонтальная составляющая нагрузки на фундаменты распорных конструкций, сейсмические воздействия);
– сооружение расположено на откосе или вблизи откоса;
– основание сложено медленно уплотняющимися водонасыщенными глинистыми и заторфованными грунтами (при степени влажности S_r ≥ 0,85 и коэффициенте консолидации с_v ≤ 10 7 см 2 /год);
– основание сложено скальными грунтами.

В первых двух случаях потеря несущей способности связана со значительными перемещениями, поэтому, если конструктивными мероприятиями (устройством полов в подвале здания, введением затяжек в распорные конструкции, жестким закреплением откоса, объединением фундаментов в единую систему пространственно жесткой надфундаментной конструкцией) исключена возможность смещения фундамента, расчет по несущей способности можно не производить.

Расчет по несущей способности производится из условия

(5.78)

где F — расчетная нагрузка на основание; F_u — сила предельного сопротивления основания; γ_c — коэффициент условий работы, принимаемый: для песков (кроме пылеватых) равным 1,0; для песков пылеватых в глинистых грунтов в стабилизированном состоянии — 0,9; для глинистых грунтов в нестабилизированном состоянии — 0,85; для скальных грунтов невыветрелых и слабовыветрелых — 1,0; выветрелых — 0,9; сильно выветрелых — 0,8; γ_n — коэффициент надежности по назначению сооружений, принимаемый для сооружений: I класса равным 1,2, II класса — 1,15 и III класса — 1,1.

Основания ленточных фундаментов проверяются на устойчивость только в направлении короткой стороны (ширины) фундамента, а прямоугольного, квадратного и круглого — в направлении действия момента либо направления горизонтальной составляющей нагрузки на фундамент; при этом необходимо учитывать, что потеря устойчивости в зависимости от соотношения вертикальной и горизонтальной составляющих нагрузок может иметь характер плоского сдвига по подошве или глубокого сдвига с захватом грунта основания. В некоторых случаях необходима проверка по обоим возможным вариантам разрушения.

Читайте также: