Сдвиг фундамента вместе с сооружением по грунту основания имеет место при

Обновлено: 05.05.2024

Расчет оснований по несущей способности в случаях, перечисленных в подпунктах "а" и "б", допускается не производить, если конструктивными мероприятиями обеспечена невозможность смещения проектируемого фундамента.

Если проектом предусматривается возможность возведения сооружения непосредственно после устройства фундаментов до обратной засыпки грунтом пазух котлованов, следует производить проверку несущей способности основания, учитывая нагрузки, действующие в процессе строительства.

2.260. К конструктивным мероприятиям, обеспечивающим невозможность горизонтального смещения фундамента, относятся:

объединение фундаментов в единую систему пространственно жесткой и прочной надфундаментной конструкцией, например при фундаментно-подвальной части здания с частым шагом поперечных стен на фундаментах в виде железобетонных перекрестных лент (рис.26, в) (в последнем случае обеспечивается также невозможность и вертикального смещения отдельного фундамента на участке между пересечениями поперечных стен) и т.п.

2.261(2.57). Целью расчета оснований по несущей способности является обеспечение прочности и устойчивости оснований, а также недопущение сдвига фундамента по подошве и его опрокидывания. Принимаемая в расчете схема разрушения основания (при достижении им предельного состояния) должна быть как статически, так и кинематически возможна для данного воздействия и конструкции фундамента или сооружения.

где - расчетная нагрузка на основание, определяемая по указаниям пп.2.13(2.5)-2.21(2.8); - сила предельного сопротивления основания; - коэффициент условий работы, принимаемый: для песков, кроме пылеватых ; для песков пылеватых, а также пылевато-глинистых грунтов в стабилизированном состоянии ; для пылевато-глинистых грунтов в нестабилизированном состоянии ; для скальных грунтов: невыветрелых и слабовыветрелых ; выветрелых ; сильновыветрелых ;

- коэффициент надежности по назначению сооружения, принимаемый равным 1,2; 1,15 и 1,10 соответственно для зданий и сооружений I, II, III классов.

2.263(2.59). Вертикальная составляющая силы предельного сопротивления основания, сложенного скальными грунтами , кН (тc), независимо от глубины заложения фундаментов вычисляется по формуле

где и - соответственно эксцентриситеты приложения равнодействующей нагрузок в направлении поперечной и продольной осей фундамента, м.

2.264. Расчет скальных оснований по несущей способности по формулам (92(11)) и (93(12)) производится из условия, чтобы среднее давление по приведенной площади подошвы фундамента не превосходило предела прочности на одноосное сжатие скального грунта.

2.265. Приведенные размеры подошвы фундамента при внецентренном нагружении определяются из условия, что равнодействующая давлений по подошве приложена в центре тяжести площади подошвы (рис.27). Подошва фундамента сложного очертания должна при этом приводиться к эквивалентной по площади подошве прямоугольной формы. Для круглого фундамента эквивалентной формой будет квадрат, а приведенной - прямоугольник (рис.28) (для случая внецентренного нагружения).

2.266(2.60). Сила предельного сопротивления основания, сложенного нескальными грунтами в стабилизированном состоянии, должна определяться исходя из условия, что соотношение между нормальными и касательными напряжениями по всем поверхностям скольжения, соответствующее предельному состоянию основания, подчиняется зависимости

2.267(2.61). Сила предельного сопротивления основания, сложенного медленно уплотняющимися водонасыщенными пылевато-глинистыми и биогенными грунтами (при степени влажности и коэффициенте консолидации см /год), должна определяться с учетом возможного нестабилизированного состояния грунтов основания за счет избыточного давления в поровой воде . При этом соотношение между нормальными и касательными напряжениями принимается по зависимости

Избыточное давление в поровой воде допускается определять методами фильтрационной консолидации грунтов с учетом скорости приложения нагрузки на основание. При соответствующем обосновании (высокие темпы возведения сооружения или нагружения его эксплуатационными нагрузками, отсутствие в основании дренирующих слоев грунта или дренирующих устройств) допускается в запас надежности принимать избыточное давление в поровой воде равным нормальному напряжению по площадкам скольжения ( ) или принимать значения и соответствующими нестабилизированному состоянию грунтов основания.

Для водонасыщенных грунтов, имеющих показатель консистенции , допускается не определять коэффициент консолидации и не учитывать возможность возникновения нестабилизированного состояния грунтов основания.

2.268. При расчете основания по несущей способности следует учитывать, что возможны различные схемы потери устойчивости, например, в виде плоского сдвига по подошве фундамента (или ниже ее) или по схеме глубинного сдвига с образованием поверхностей скольжения, охватывающих фундамент и прилегающий к нему массив грунта.

Направление сдвига может быть также различно - в сторону горизонтальной составляющей равнодействующей всех сил или в сторону действия момента (в сторону, противоположную эксцентриситету).

Параметры элементов поверхностей скольжения могут быть известны или же заданы исходя из тех или иных теоретических предпосылок и допущений и уточнены путем последовательных расчетов при поиске минимально возможной несущей способности основания для выбранной схемы потери устойчивости.

2.269. При выборе схемы потери устойчивости следует учитывать характер нагрузок и их равнодействующей (вертикальность, наклон, эксцентриситет), форму фундамента (ленточный, прямоугольный и пр.), характер подошвы фундамента (горизонтальность, наклон, наличие зуба и пр.), наличие связей фундамента с другими элементами здания или сооружения, ограничивающих возможность потери устойчивости, характеристику основания - вид и свойства грунтов, однородность геологического строения, наличие и наклон слоев и слабых прослоек, наличие откосов грунта вблизи фундамента и пр.

2.270. Основания ленточного фундамента следует проверять на устойчивость только в направлении короткой стороны (ширины) фундамента, а прямоугольного, квадратного и круглого - в направлении действия момента либо наклона равнодействующей (направления ее горизонтальной составляющей).

При проверке несущей способности основания фундамента следует учитывать, что потеря устойчивости может происходить по трем возможным вариантам (в зависимости от соотношения вертикальной и горизонтальной составляющих равнодействующей, а также величины эксцентриситета):

Проверку устойчивости основания отдельного фундамента следует производить с учетом работы основания всего сооружения в целом. Например, основание фундамента здания, примыкающего к подпорной стенке, следует рассчитывать по устойчивости вместе с основанием подпорной стенки. Призма обрушения в этом случае может быть ориентировочно ограничена поверхностью АВС (рис.29).

2.271(2.62). Вертикальную составляющую силы предельного сопротивления основания, сложенного нескальными грунтами в стабилизированном состоянии, допускается определять по формуле (97(16)), если фундамент имеет плоскую подошву и грунты основания ниже подошвы однородны до глубины не менее ее ширины, а в случае различной вертикальной пригрузки с разных сторон фундамента интенсивность большей из них не превышает ( - расчетное сопротивление грунта основания, определяемое в соответствии с пп.2.174(2.41)-2.203(2.47),

Строительство любого дома начинается с закладки фундамента. Главная задача нулевого цикла — передавать нагрузку здания непосредственно на грунт. А потому от надежности и правильности выбора фундамента напрямую зависит капитальность и долговечность самой постройки. С помощью представленной в этой статье поэтапной инструкции определения свойств грунта, вы сможете самостоятельно и без заказа дорогостоящих услугу специалистов определиться с типом, видом и конструкцией будущего фундамента.

Для каждой определенной местности и для каждого вида и веса здания существует свой тип фундамента. Например, нельзя под каменным массивным домом обустраивать легкие свайные конструкции, и вовсе нецелесообразно устанавливать дорогостоящую огромную монолитную плиту под небольшую и легкую каркасную баню. Вот почему еще на самом этапе проектирования необходимо однозначно определиться с типом фундамента.

Главное требование к нулевому циклу дома — это надежность, долговечность и способность держать постройку идеально ровно. И зависят эти качества фундамента не столько от его дороговизны или массивности, сколько от пригодности для определенного вида грунта и рельефа. Например, добротный ленточный малозаглубленный или плитный монолитный фундамент может элементарно начать сползать даже по небольшому склону, а столбчатый — «гулять» в глиняной среде. Вот почему перед началом строительства, и даже выбора участка, необходимо определить степень однородности грунта, наличие и расположение в нем грунтовых вод и глубину его промерзания.

Все эти геологические исследования многие сегодня заказывают в строительных кампаниях. Но, если запланированный бюджет ограничен, то многое о грунте можно узнать так называемым «старым дедовским способом».

Определение типа грунта

Первый шаг в выборе типа фундамента дома — это определение типа грунта участка. Для этой цели можно выкопать яму глубиной 1,5-2 м и хорошо рассмотреть так называемый «срез» земли. Верхний слой, самый темный, — это почва, и ее нужно будет перед началом строительства убрать из-за непригодности. А вот в зависимости от типа находящихся ниже слоев и нужно подбирать фундамент.

Итак, самый нетребовательный для фундамента грунт — скалистый. Он не оседает, не размывается и не вспучивается. Для строительства фундамента на нем нет нужды даже в углублении.

Под почвой оказался песок и глина, да еще и с большой примесью щебня или мелкого камня? Это — хрящеватый грунт. Он достаточно надежен, не размывается водой, и на нем можно ставить даже мелкозаглубленный ленточный фундамент.

Грунт хорошо пропускает воду, прекрасно уплотняется и трамбуется? Это — песчаный грунт. Промерзать он будет на незначительную глубину (до 1 м), а фундамент в нем не намокнет. На таком участке строить можно даже ленточный фундамент из отдельных блоков. Хотя и столбчатый хорошо себя «чувствует» в таких условиях.

От дождя земля сразу стала разжижаться и размываться? Это — глинистый грунт. Глубина промерзания у него более 1,5 м, да и вспучивание немалое. Строительство домов на таком грунте — самое проблемное. Поэтому предпочтение в этом случае рекомендуется отдавать мелкозаглубленному фундаменту, который представляет собой жесткую железобетонную конструкцию, отлично приспособленную к неравномерной деформации основания. Это ленточные, столбчатые фундаменты и монолитная плита. На крайний случай строители обычно еще делают противопучинистую подушку — убирают глину и заменяют ее песком с различными примесями.

Под почвой оказалась смесь песка с глиняными частицами? Грунт будет вести себя соответственно в зависимости от преобладания одного или второго компонента.

А вот на месте осушенных или частично осушенных болот находятся торфяные грунты. Такая земля обычно перенасыщена влагой, и уровень залегания грунтовых вод здесь высок. На таком месте единственно возможный фундамент — это монолитная плита, которую еще называют «плавающей». Неплохо также себя ведет на уклонах и подвижных почвах столбчато-ригельный монолитный фундамент.

К слову, для всех сильно сжимаемых, как торфяники и песчаные подушки, пучинистых и слабонесущих грунтов «плавающие» фундаменты — идеальный вариант. Ведь их большая поверхность значительно снижает давление на сам грунт, а ребра жесткости придают достаточную устойчивость к всевозможным воздействиям разнонаправленных нагрузок, которые неизбежны при просадке, замерзании и оттаивании земли.

Проверка грунта на однородность

Проверить грунт застраиваемого участка на однородность своими силами можно во время бурения глубокой скважины или рытья шурфа минимум на 2,5 м. Так хорошо виден срез грунта — при помощи выработки. Благодаря рытью каналов такой глубины хорошо видно, из каких слоев состоит сам грунт и какой фундамент для него больше подходит.

Так, если грунт окажется крайне неоднородным, плотность его — различной, и заметно, что он неравномерно деформируется, тогда предпочтение лучше отдать такому типу фундамента, как свайный. Ведь именно сваи способны передать давление от здания на более плотные и устойчивые слои грунта — нижние.

Определение близости грунтовых вод

Наличие близкорасположенных подпочвенных вод всегда усложняет строительные мероприятия. Такая почва сильно пучинится зимой и проседает весной, что даже хорошим, капитальным фундаментом переносится крайне тяжело. Нередко из-за этого появляются трещины, разрывы, а двери в доме начинают закрываться с трудом. Но еще полбеды, если дом вместе с почвой поднимается и опускается посезонно одновременно, и куда хуже, если грунт насыщен водами по всей площади неодинаково. В этом случае лучше провести необходимые меры, такие, как сушка, дренаж и перезасыпка. Важно только не путать грунтовые воды и поверхностные — верховодки, которые вызываются таянием снега и дождями и носят временный характер.

Определить уровень расположения грунтовых вод на участке хотя бы приблизительно можно самостоятельно. Для этого необходимо выкопать неглубокие колодцы-шурфы до 2,5 метра глубиной и через них рассмотреть залегающие слои грунта и наличие грунтовых вод. Кроме того, не лишним будет отнести саму жидкость на лабораторный анализ — на вредность.

Но полный профиль грунтовых вод на участке можно получить лишь обратившись за помощью в одну из современных строительных фирм. За неимением такой возможности желательно проконсультироваться с соседями и строителями смежных домов о рекомендуемом заглублении фундамента. Который, к слову, обязательно должен находиться в этом случае ниже уровня промерзания земли.

И, наконец, самый надежный метод определения обилия влаги в почве — это наблюдение весной за дорогой вокруг стройки. Так, если дорога асфальтирована, и в ней видны трещины — почва под ней неоднородна и богата грунтовыми водами. Понаблюдать также будет полезно и за подвалами старых домов в округе — если они сухие и не имеют трещин, значит, фундамент строился именно ленточный. И этому примеру желательно последовать.

Определение глубины промерзания грунта

По сути, не так важно значение глубины промерзания грунта, сколько то, не больше ли эта величина чем расстояние от поверхности земли до первых грунтовых вод. Ведь зимой такие воды быстро замерзают, а лед, как известно, расширяется. И в тех местах, где расположение грунтовых вод достаточно высоко, земля будет подниматься гораздо выше, чем в других местах. И построенный дом станет подниматься выше одним углом, а вторым — ниже. Как результат — трещины и ранние деформации фундамента.

Но, если точно воссоздать полный профиль расположения грунтовых вод в земле довольно сложно, и без профессионального анализа здесь не обойтись, то глубину промерзания почвы определить можно самостоятельно. Для этого необходимо обратить внимание на:

• плотность грунта. Чем плотнее земля, тем она сильнее промерзает из-за хорошей проводимости холода между ее отдельными частицами;
• влажность грунта. Более влажный грунт промерзает глубже. А на его насыщенность влагой влияет уровень грунтовых вод и наличие поблизости любого естественного водоема;
• состояние стен и фундаментов соседних более старших построек;
• количество снега зимой на земле. Чем его меньше, тем глубже промерзает на этом месте грунт.

В дополнение, в сильно промерзающих грунтах, да еще и с высокими грунтовыми водами, сегодня часто возводят фундамент мелкого заложения с теплоизоляцией. Именно теплоизоляция помогает предотвратить промерзание земли возле фундамента, а, значит, уменьшает воздействие сил пучения от морозов на само здание. Такой способ на сегодняшний день считается одним из самых эффективных и экономичных. Кроме того, такому фундаменту не страшны изменения свойств грунта, которые неизбежно возникают со временем. Единственный недостаток мелкозаглубленных фундаментов — их нельзя возводить на склонах из-за возможного сдвига.

Вычисление силы вспучивания грунта

На глубину закладки и выбор вида фундамента влияет также такое обстоятельство, как вспучивание грунта. Так, зимой все грунты в той или иной мере поднимаются, а весной — опускаются. Фундамент и все расположенные строения на нем «дышат» вместе с грунтом. Вот почему так важно, чтобы грунт был однородным, и вспучивался благодаря этому одинаково по всему участку. Верхний слой грунта — почва — традиционно перед строительством снимается, т.к. она сама по себе неоднородна от природы — в ней всегда встречаются различные примеси органических остатков, разнородный мусор, камней и других вкраплений, а это опасно для последующей неравномерной осадки фундамента.

Определить возможную силу сезонного вспучивания можно по таким признакам:

• насыщенность грунта влагой. Влажный грунт всегда вспучивается сильнее;
• состав грунта. Традиционно сильнее «играют» глинистые грунты, если сравнивать их с песчаными;
• уровень грунтовых вод. Чем он выше, тем сильнее будет пучится почва.

Если на выбранном участке под застройку почва пучится достаточно сильно, то лучше отдать предпочтение плитному типу фундамента, который армируется железным каркасом и сам по себе — очень надежная конструкция.

Но, если грунт к тому же еще и мягкий и глубоко промерзает, то для облегченных конструкций неплохим вариантом станет и столбчатый фундамент.

А вот в случае, если грунт на планируемом участке не только пучится, но еще и подвижен (чаще всего это глинисто-песчаные земли), да и грунтовые воды максимально близки к поверхности, строиться дом будет исключительно на плитном, «плавающем» фундаменте.

Прогнозирование будущей просадки грунта

Важна при выборе фундамента также просадка имеющегося грунта. Так, какое бы здание не строилось, под воздействием его нагрузок фундамент обязательно опускается на величину, которая и называется осадкой. Если при этом сама осадка будет неравномерной — трещин не избежать. И задача проектировщика как раз добиться того, чтобы в первые два года здание оседало максимально равномерно.

Сама нагрузка, действующая на основание фундамента, состоит из таких составляющих: веса выбранных строительных материалов, конструктивных особенностей чердачного и межэтажного помещения, кровельного материала, конструкции кровли (задерживает она на себе снег или нет), а также эксплуатационных нагрузок.

Не стоит забывать, что на грунт оказывают давление все дома, которые расположены близко к застраиваемому участку, и новый дом также добавит свою тяжесть.

А вот в случае, если участок под застройку оказался с пучинистым, тяжелым и просадочным грунтом, фундамент может быть только плитным, когда котлован под домом полностью заливается бетоном. Затрат на металл и бетон такой вид фундамента, конечно, требует значительных, зато такой дом может смело стоять не один десяток лет даже на высушенном болоте. Ведь, как известно из курса физики, чем больше площадь давления на поверхность, тем меньше сама сила давления.

Определение степени риска коммунальных аварий

Еще один немаловажный фактор для определения типа будущего фундамента — это риск аварий старых водопроводных труб. Ведь даже при несильной протечке ржавые трубы быстро насыщают окружающий грунт дополнительной влагой, и он пучится в холодное время намного сильнее, чем обычно. И это опасно как для целостности фундамента, так и для самой постройки. Поэтому строиться лучше на том участке, где узлы таких систем расположены подальше, или на крайний случай установить дополнительную дренажную выводящую систему для уменьшения количества грунтовых вод.

Идеальным без преувеличения можно назвать каменистый и скалистый грунт, который, по сути, представляет собой сплошной камень. Такому грунту не страшно ни влияние влаги, ни морозы, ни изменения погодных условий — своих свойств он не изменяет. В остальных же случаях при проектировании дома нужно выбирать тот тип фундамента, который максимально бы соответствовал и планируемым нагрузкам, и природным особенностям имеющегося грунта участка.

Расчет фундамента на сдвиг по его подошве или по подошве грунтовой подушки производится при действии горизонтальной составляющей нагрузки на фундамент в случае нестабилизированного состояния грунтов основания, а также и стабилизированного, если не выполняется условие (5.83).

При расчете на плоский сдвиг применяется формула

(5.92)

где ΣF_sr и ΣF_sa — суммы проекций на плоскость скольжения расчетных сил, соответственно удерживающих и сдвигающих.

Сумма удерживающих сил

(5.93)

и сумма сдвигающих сил

(5.94)

где F_v — нормальная к плоскости скольжения составляющая расчетной нагрузки на фундамент; u — гидростатическое противодавление (при уровне грунтовых вод выше подошвы фундамента); А — площадь подошвы фундамента; F_h — касательная к плоскости скольжения составляющая нагрузки на фундамент; E_p и E_a — равнодействующие пассивного и активного давления грунта.

Равнодействующая пассивного давления грунта на вертикальную грань фундамента определяется по формуле

,

(5.95)

где d — глубина заложения фундамента со стороны возможного выпора грунта; λ_p — коэффициент пассивного давления грунта; λ_p = tg 2 (45° + φ_I/2) .

Равнодействующая активного давления вычисляется по выражению

,

(5.96)

где d₁ — глубина заложения фундамента со стороны, противоположной возможному выпору грунта; λ_a — коэффициент активного давления грунта; λ_a = tg 2 (45° – φ_I/2) ; .

Пример 5.19. Требуется рассчитать фундамент распорной системы по схеме плоского сдвига по подошве. Грунт основания — супесь; I_L = 0,5; е = 0,65; с_n = 6 кПа; φ_n = 24°; γ_I = 17 кН/м 3 . Расчетные нагрузки на уровне подошвы фундамента F_v = 240 кН; F_h = 110 кН. Глубина заложения фундамента от уровня планировки d = 1 м, от уровня пола d₁ = 1,5 м. Сооружение III класса. Размеры фундамента получены из расчета по деформациям; b = 1,5 м; l = 1 м.

Решение. Расчетные значения прочностных характеристик грунта основания

Проверяем выполнение условия (5.83). По формуле (5.82)

tgδ = 110/240 = 0,46; δ = 25°;

sin22° = 0,375; tgδ > sinφ_I ,

т.е. условие (5.83) не выполняется и формула (5.82) в рассматриваемом случае неприменима. Расчет следует производить по схеме плоского сдвига (рис. 5.39). Для грунтов засыпки принимаем:

c'_I = 0,5c_I = 0,5 · 4 = 2 кПа;

Для вычисления равнодействующих активного и пассивного давления по формулам (5.96) и (5.95), предварительно определяем коэффициенты λ_a и λ_p , а также h_c :

λ_a = tg 2 (45° – 20°/2) = 0,49;

λ_p = tg 2 (45° + 20°/2) = 2,04;

м.

кН;

кН.

Вычисляем суммы удерживающих и сдвигающих сил по формулам (5.93) и (5.94):

ΣF_sr = (240 – 0)tg22° + 1,5 · 1 · 4 + 22 = 124 кН;

ΣF_sa = 110 + 3,8 = 113,8 кН.

Проверяем условие (5.92):

Устойчивость фундамента против сдвига по подошве не обеспечена. Увеличение размеров подошвы в рассматриваемом случае практически не дает эффекта (в связи с небольшим удельным сцеплением с), поэтому целесообразнее устройство фундамента с наклонной подошвой или подушки с наклонной подошвой (с проверкой возможности сдвига по контакту «фундамент-подушка»).

5.6.4. Графоаналитический метод расчета несущей способности основания (метод круглоцилиндрических поверхностей скольжения)

Графоаналитические методы оценки несущей способности используются при сложных расчетных схемах системы «фундамент-основание», для которых аналитические методы не разработаны.

Несущая способность основания определяется графоаналитическим методом с построением круглоцилиндрических поверхностей скольжения в следующих случаях:

• – основание сложено неоднородными грунтами (кроме случая двухслойного основания, рассмотренного выше);
• – пригрузка со стороны, противоположной возможному выпору грунта основания, больше 0,5 R (где R — расчетное сопротивление грунта основания);
• – фундаменты расположены на откосе, вблизи откоса или под откосом;
• – возможно возникновение нестабилизированного состояния грунтов основания (кроме случаев, для которых имеются аналитические методы расчета).

В методе круглоцилиндрических поверхностей скольжения значение предельной нагрузки на основание не определяется, а вычисляется коэффициент устойчивости k , значение которого для всех возможных поверхностей скольжения должно быть не менее 1,2. Коэффициент устойчивости ленточного фундамента для принятой поверхности скольжения вычисляется по формуле, в которой моменты даны на 1 м длины фундамента:

,

(5.97)

где ΣM_sa и ΣM_sr — суммы моментов сдвигающих и удерживающих сил относительно центра вращения; r — радиус поверхности скольжения; b — ширина элементарных вертикальных полос, на которые делится сдвигаемый массив; р_i — средняя (в пределах ширины полосы) ордината эпюры давлений на грунт от сооружения без учета противодавления воды, определяемая по формуле для внецентренного сжатия; h_i — средняя высота i -й полосы грунта; γ_Ii — расчетное значение удельного веса грунта в пределах i -й полосы, принимаемое с учетом взвешивающего действия воды; φ_Ii — расчетное значение угла внутреннего трения грунта по площадке скольжения в пределах рассматриваемой полосы; α_i — угол между вертикалью и нормалью к i -й площадке скольжения; с_Ii — расчетное значение удельного сцепления грунта по площадке скольжения в пределах i -й полосы; E_m — равнодействующая активного давления m -го слоя грунта на боковую грань фундамента, определяемая по формуле (5.93); l_m — расстояние от линии действия силы E_m до горизонтали, проходящей через центр поверхности скольжения; F_v — равнодействующая вертикальных нагрузок на уровне подошвы фундамента; а — расстояние от центра поверхности скольжения до линии действия силы F_v .

Произведение γ_Iih_i sinα_i в формуле (5.97) для нисходящей части кривой скольжения принимается со знаком «+», а для восходящей — со знаком «–».

Положение центра и радиус наиболее опасной круглоцилиндрической поверхности при отсутствии связей фундамента с конструктивными элементами здания определяются следующим образом (рис. 5.40). В окрестности центра предполагаемой поверхности скольжения проводим горизонтальную линию I—I. На этой линии отмечаем несколько положений предполагаемых центров О₁, О₂, О₃, … поверхностей скольжения и вычисляем для них коэффициент устойчивости. Через точку А, соответствующую минимальному значению коэффициента устойчивости, проводим вертикальную прямую II—II и на ней отмечаем новые предположительные положения центров О'₁, О'₂, О'₃, . Для каждого из этих центров вновь проводим расчет по формуле (5.97). Полученное минимальное значение k сравниваем с его допустимым значением. Если k меньше допустимого, следует увеличить размеры фундамента или устроить подушку из более прочного грунта.

Рис. 5.40. К расчету несущей способности оснований по методу круглоцилиндрических поверхностей скольжения

При наличии связей фундамента с конструктивными элементами зданий (перекрытиями, анкерами и др.) за центр поверхности скольжения может приниматься точка опирания фундамента.

Пример 5.20. Следует оценить несущую способность основания методом круглоцилиндрических поверхностей скольжения. Фундамент (ленточный) является стеной подвала. Размеры фундамента, нагрузки и грунтовые условия приведены на рис. 5.41. В точке A фундамент связан с междуэтажным перекрытием. Верхний слой грунта толщиной 2,3 м — суглинок с γ_I = 18 кН/м 3 ; φ_I = 20° и c_I = 15 кПа; подстилающий грунт глина с γ = 18,5 кН/м 3 ; φ_I = 6°; c_I = 19 кПа; грунт обратной засыпки (выполняется на всю высоту из суглинка) имеет характеристики γ'_I = 0,95γ_I = 0,95 · 18 = 17 кН/м 3 ; φ'_I = 0,9φ_I = 0,9 · 20° = 18°; c'_I = 0,5с_I = 0,5 · 15 = 7,5 кПа. Вертикальная нагрузка N = 200 кН/м приложена с эксцентриситетом e = 0,25 м. Ширина подошвы фундамента, полученная расчетом по деформациям, равна 2 м. Для уменьшения размеров фундамента применена песчаная подушка толщиной 0,5 м с характеристиками γ_I = 17 кН/м 3 ; φ_I = 34°; c_I = 1 кПа. Ширина подошвы в этом случае принята равной 1,5 м. Вес 1 м длины фундамента G = 98 кН.

Решение. Поскольку фундамент загружен внецентренной наклонной нагрузкой и следует принимать во внимание активное давление грунта, расчет по несущей способности основания является необходимым. Формула (5.79) в данном случае неприменима в силу неоднородности основания, поэтому расчет выполняем методом круглоцилиндрических поверхностей скольжения по формуле (5.97). Учитывая, что фундамент в верхней части имеет неподвижную опору, за центр поверхности скольжения принимаем точку А. Радиус поверхности скольжения r = АВ = 4,2 м. Величины краевых напряжений под подошвой фундамента: р_max = 331 кПа; р_min = 65 кПа.

Разбиваем массив грунта, ограниченный предполагаемой поверхностью скольжения, на восемь полос шириной b = 0,5 м.

Значения параметров и их произведения, входящие в формулу (5.97), сводим в табл. 5.33.

Для определения равнодействующей активного давления грунта E_a с использованием формулы (5.96) необходимо предварительно вычислить λ_a и h_c для слоя суглинка:

λ_a = tg 2 (45 – 18/2) = 0,53;

м.

кН.

Подставляя результаты вычислений в формулу (5.97), получаем:

Устойчивость фундамента обеспечена.

5.6.5. Несущая способность оснований, сложенных медленно уплотняющимися водонасыщенными пылевато-глинистыми и биогенными грунтами, а также илами

Несущая способность медленно уплотняющихся водонасыщенных глинистых и заторфованных грунтов оснований (при степени влажности S_r ≥ 0,85 и коэффициенте консолидации c_v ≤ 10 7 см 2 /год) определяется, как правило, с учетом нестабилизированного состояния грунтов; условие прочности имеет вид:

(5.98)

где σ — полное нормальнее напряжение в рассматриваемой точке, слагающееся из напряжений в скелете грунта и избыточного давления в поровой воде u .

Избыточное давление в поровой воде определяется методами теории фильтрационной консолидации грунтов с учетом скорости увеличения нагрузки на основание в период строительства и эксплуатации сооружений.

При высоких темпах возведения сооружения или его нагружения эксплуатационными нагрузками, а также при отсутствии в основании дренирующих слоев или специальных дренирующих устройств несущую способность оснований, сложенных медленно уплотняющимися водонасыщенными грунтами, допускается определять в запас надежности без учета угла внутреннего трения грунтов ( φ = 0) или принимать значения φ_I и c_I , соответствующими нестабилизированному состоянию грунтов основания. В этих случаях предельная нагрузка на однородное основание, простирающееся ниже подошвы фундамента на глубину не менее 0,75 b , при отсутствии более слабого подстилающего слоя для вертикальной составляющей силы предельного сопротивления основания ленточного фундамента (на 1 м длины) определяется по формуле

(5.99)

где α — угол, рад:

;

(5.100)

здесь F_h — горизонтальная составляющая внешней нагрузки на 1 м длины фундамента; q — пригрузка со стороны предполагаемого выпора грунта (с учетом веса пола подвала или технического подполья).

Кроме расчета по формуле (5.99) необходима проверка устойчивости фундамента по схеме плоского сдвига по подошве по формуле (5.92). Размеры фундамента при этом определяются по менее благоприятному варианту расчета.

При отсутствии горизонтальной составляющей нагрузки на фундамент ( F_h = 0) формула (5.99) для ленточного фундамента принимает вид:

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.

Предельные значения совместной деформации основания и сооружения устанавливаются исходя из необходимости соблюдения:

а) технологических или архитектурных требований к деформациям сооружения (изменение проектных уровней и положений сооружения в целом, отдельных его элементов и оборудования, включая требования к нормальной работе лифтов, кранового оборудования, подъемных устройств элеваторов и т.п.) s_us ;

б) требований к прочности, устойчивости и трещиностойкости конструкций, включая общую устойчивость сооружения s_uf .

Предельные значения совместной деформации основания и сооружения по технологическим или архитектурным требованиям sus должны устанавливаться соответствующими нормами проектирования зданий и сооружений, правилами технической эксплуатации оборудования или заданием на проектирование с учетом в необходимых случаях рихтовки оборудования в процессе эксплуатации. Проверка соблюдения условий s ≤ s_us производится в составе расчетов сооружений во взаимодействии с основанием после соответствующих расчетов конструкций сооружения по прочности, устойчивости и трещиностойкости.

Предельные значения совместной деформации основания и сооружения по условиям прочности, устойчивости и трещиностойкости конструкций s_uf должны устанавливаться расчетом сооружения во взаимодействии с основанием. Такой расчет, как правило, выполняется при разработке типовых проектов сооружений для нескольких вариантов грунтовых условий, отличающихся прочностными и деформационными характеристиками грунтов, а также степенью изменчивости сжимаемости основания в плане сооружения. Проверка соблюдения условия s ≤ s_uf в стадии привязки типовых проектов к местным грунтовым условиям является косвенной проверкой прочности, устойчивости и трещиностойкости конструкций сооружений.

При разработке индивидуальных проектов сооружений, конструкции которых рассчитываются во взаимодействии с основанием, значения s_uf не требуется устанавливать. Указанные величины допускается не устанавливать и для сооружений значительной жесткости и прочности (например, зданий башенного типа, домен), а также для сооружений, в конструкциях которых не возникает усилий от неравномерных осадок основания (например, различного рода шарнирных систем).

Для упрощения расчета оснований по деформациям при привязке типовых проектов к местным грунтовым условиям рекомендуется в процессе разработки типовых проектов сооружений по значениям s_us и s_uf устанавливать следующие критерии допустимости применения этих проектов:

• – предельные значения степени изменчивости сжимаемости грунтов α _E , соответствующие различным значениям среднего модуля деформации грунтов в пределах плана сооружения или средней осадки основания сооружения ;
• – предельную неравномерность деформаций основания Δs₀ , соответствующую нулевой жесткости сооружения.

В типовых проектах рекомендуется указывать перечень грунтов (с указанием простейших характеристик их свойств, а также характера напластований), при наличии которых в основании сооружений не требуется выполнять расчет оснований по деформациям.

Степень изменчивости основания α_E определяется отношением наибольшего значения приведенного по глубине модуля деформации грунтов основания в пределах плана сооружения к наименьшему значению. Среднее значение модуля деформации грунтов основания в пределах плана сооружения определяется как средневзвешенное (с учетом изменения сжимаемости грунтов по глубине и в плане сооружения).

Зависимость предельных значений α_E от среднего модуля деформации грунтов основания или от средней осадки основания сооружения используется преимущественно для протяженных жилых зданий.

Рис. 5.31. Зависимость предельных значений α_E от (кривые 1, 2 и 3 соответствуют ширине подошвы фундаментов под несущие стены b₁ , b₂ , b₃ , причем b₁ > b₂ > b₃ )

Пример такой зависимости для пятиэтажных крупнопанельных жилых домов серии I-464 приведен на рис. 5.31. Для облегчения вычисления средних осадок зданий при привязке типовых проектов к местным грунтовым условиям рекомендуется в типовых проектах приводить их расчетные значения в виде , где k — коэффициент, зависящий от принятого конструктивного решения фундаментов и действующих на них нагрузок, кН/м.

ТАБЛИЦА 5.26. ПРЕДЕЛЬНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ ОСНОВАНИЯ

Сооружения	Относительная разность осадок	Крен iu	Средняя или максимальная smax,u (в скобках) осадка, см
1. Производственные и гражданские одноэтажные и многоэтажные здания с полным каркасом: железобетонным стальным

Примечания: 1. Предельные значения относительного прогиба (выгиба) зданий, указанных в п. 3, принимаются равными 0,5 (Δs/L)_u .

2. При определении относительной разности осадок Δs/L в п. 8 за L принимается расстояние между осями блоков фундаментов в направлении горизонтальных нагрузок, а в опорах с оттяжками — расстояние между осями сжатого фундамента и анкера.

3. Если основание сложено горизонтальными (с уклоном не более 0,1), выдержанными по толщине слоями грунтов, предельные значения максимальных и средних осадок допускается увеличивать на 20 %.

4. Предельные значения подъема основания, сложенного набухающими грунтами, допускается принимать: максимальный и средний подъем в размере 25 % и относительную неравномерность осадок (относительный выгиб) здания в размере 50 % соответствующих предельных значений деформаций, приведенных в таблице.

5. Для сооружений, перечисленных в пп. 2—3, с фундаментами в виде сплошных плит предельные значения средних осадок допускается увеличивать в 1,5 раза.

6. На основе обобщения опыта проектирования, строительства и эксплуатации отдельных видов сооружений допускается принимать предельные значения деформаций основания, отличные от указанных в таблице.

Значения Δs 0 _u устанавливаются при разработке типовых проектов протяженных зданий на основе сопоставления неравномерных деформаций основания, вычисленных с учетом и без учета жесткости надфундаментных конструкций (соответственно Δs и Δs 0 ). Отношение Δs/Δs 0 зависит от приведенной гибкости здания λ = Lω или его участка λ₁ = L₁ω (где L и L₁ — длина здания и участка его локального искривления; , здесь с — среднее значение коэффициента жесткости основания, равное отношению среднего давления на основание к его средней осадке; — приведенная ширина продольных фундаментов здания; EI — обобщенная изгибная жесткость поперечного сечения коробки здания). Пример указанной зависимости для пятиэтажных крупнопанельных жилых домов серии I-464 приведен на рис. 5.32.

Перечень грунтов, при которых можно не рассчитывать деформации основания, устанавливается на основе полученных при разработке типового проекта зависимостей , При этом рекомендуется использовать соотношения между физическими и механическими характеристиками грунтов, приведенные в справочных таблицах (см. гл. 1).

Предельные значения деформаций оснований допускается принимать по табл. 5.26, если конструкции сооружений не рассчитаны на усилия, возникающие в них при взаимодействии с основанием, и в задании на проектирование не установлены значения s_us .

ТАБЛИЦА 5.27. ВАРИАНТЫ ГРУНТОВЫХ УСЛОВИЙ, В КОТОРЫХ РАСЧЕТ ДЕФОРМАЦИЙ ОСНОВАНИЯ ДОПУСКАЕТСЯ НЕ ВЫПОЛНЯТЬ

Здания

Вариант грунтовых условий

Производственные: одноэтажные с несущими конструкциями, малочувствительными к неравномерным осадкам (например, со стальным или железобетонным каркасом на отдельных фундаментах при шарнирном опирании ферм, ригелей и т.п.), и с мостовыми кранами грузоподъемностью до 50 т включительно многоэтажные до 6 этажей включительно с сеткой колонн не более 6×9 Жилые и общественные прямоугольной формы в плане без перепадов по высоте с полным каркасом и бескаркасные с несущими стенами из кирпича крупных блоков или панелей: протяженные многосекционные высотой до 9 этажей включительно несблокированные башенного типа высотой до 14 этажей включительно

1. Крупнообломочные грунты при содержании песчаного наполнители менее 40 %, пылевато-глинистого — менее 30 % 2. Пески любой крупности, кроме пылеватых, плотные и средней плотности 3. Пески любой крупности, только плотные 4. Пески любой крупности, только средней плотности при коэффициенте пористости e ≤ 0,65 5. Супеси при e ≤ 0,65, суглинки при e ≤ 0,85 и глины при e ≤ 0,95, если диапазон изменения коэффициента пористости этих грунтов на площадке не превышает 0,2 6. Пески, кроме пылеватых, при e ≤ 0,7 в сочетании с пылевато-глинистыми грунтами моренного происхождения при e < 0,5 и IL < 0,5 независимо от порядка их залегания

Примечания: 1. Таблицей допускается пользоваться при проектировании сооружении, в которых площадь отдельных фундаментов под несущие конструкции отличается не более чем в 2 раза, а также для сооружений иного назначения, чем указано в таблице, при аналогичных с ними конструкциях и нагрузках,

2. Таблицей не допускается пользоваться при проектировании производственных зданий с нагрузками до полы более 20 кПа.

Расчет деформаций основания допускается не выполнять, если среднее давление под фундаментами проектируемого сооружения не превышает расчетного сопротивления основания (см. п. 5.5.2) и выполняется одно из следующих условий:

• – степень изменчивости сжимаемости основания меньше предельной;
• – инженерно-геологические условия площадки строительства соответствуют области применения типового проекта;
• – грунтовые, условия площадки строительства зданий, перечисленных в табл. 5.27, относятся к одному из шести приведенных вариантов.

Рис. 5.32. Зависимость отношения Δs/Δs 0 от приведенной гибкости здания в целом λ (1) или его участка λ₁ (2)

Читайте также:

  
• Цоколь т8 для аквариума
  
• Стеклянные двери для бани с порогом
  
• Минимальное армирование стен монолитных
  
• Всплывающее окно для мобильных устройств
  
• Универсальный фундамент для дома