Оценка несущей способности грунтов оснований.

 

Несущая способность грунтов – это его основанная характеристика, которую необходимо определять и знать при строительстве, реконструкции здания, сооружения.

Несущая способность показывает какую нагрузку может выдержать единица площади грунта, и измеряется в кг/см² или т/м². Несущая способность определяет, какой должна быть опорная площадь фундамента здания или сооружения. В зависимости от несущей способности грунта, рассчитывают и опорную площадь фундамента (чем хуже способность грунта выдерживать нагрузку, тем больше должна быть площадь фундамента).

Сама несущая способность грунта зависит от трех факторов: тип грунта, степень его уплотненности и насыщенность грунта влагой.

Увеличение влажности грунта снижает его несущую способность в несколько раз. Только крупные пески и пески средней крупности не меняют своих свойств при увеличении влажности.

Несущая способность грунтов оснований оценивается совместно с фундаментами и наземными конструкциями. Задачей проектирования является обеспечение их устойчивости при самых неблагоприятных сочетаниях нагрузок и воздействий. Потеря устойчивости грунтов основания неизбежно влечет за собой большие деформации и даже потерю устойчивости всего или части сооружения.

Несущую способность грунтов, при которой сохраняется целостность сооружения и возможность его нормальной эксплуатации, называют расчетным сопротивлением грунтов.

Оценка несущей способности грунтов не может быть абсолютной. Она в значительной степени зависит от конструкции проектируемого сооружения, величины и характера передаваемых нагрузок на основание.

Снижение несущей способности грунтов оснований во многих случаях связано с изменением гидрогеологического режима на площадках строительства и в период эксплуатации сооружений при повышении или понижении уровня грунтовых вод, а также с увеличением природной влажности грунта при замачивании оснований.

При недостаточной несущей способности грунтов основания увеличивают площадь фундаментов. Фундамент под столбы и колонны чаще всего усиливают по всему периметру его подошвы. Банкеты и существующие фундаменты должны быть соединены жестко.

Для оценки несущей способности грунтов основания должны быть получены материалы, позволяющие ориентировочно, но вполне достоверно установить возможность восприятия грунтом веса проектируемого сооружения. Для этого толща пород основания расчленяется на отдельные пласты и дается характеристика степени однородности и физико-механических свойств каждого из них. Одновременно получают данные, необходимые для расчета ожидаемых осадок сооружений. При рабочем проектировании несущая способность грунтов принимается только на основании результатов исследования их на площадке.

Для выявления резервов в несущей способности грунтов оснований, обусловленных заниженными требованиями норм, представляется целесообразным изучить и проанализировать ранее применявшиеся методы проектирования оснований, а также значения допустимых старыми нормами давлений на основные разновидности грунтов. Это необходимо и потому, что реконструкции или капитальному ремонту с повышением нагрузок подвергаются главным образом здания и сооружения дореволюционной или довоенной постройки. Кроме того, анализ опыта надстройки большого числа зданий и изучение свойств грунтов их оснований, длительно уплотнявшихся под нагрузкой от фундаментов, позволяют с высокой степенью достоверности вводить повышающие коэффициенты к несущей способности, определенной для грунтов ненарушенной структуры.

Инженерно-геологические изыскания заключаются в определении несущей способности грунтов в местах, где проектируется строительство сооружений и условий производства работ. От этих данных зависят конструкция сооружений и способы производства работ, что, в свою очередь, определяет строительную стоимость.

По геологическим выработкам должна быть определена несущая способность грунтов, а по грунтовым водам - наличие агрессивных свойств по отношению к бетону.

В процессе геологических исследований площадки определяют несущую способность грунтов, характеризуют устойчивость грунтов в отношении просадочных явлений, оползней, сейсмичность района. Эти данные используют при расчете и конструировании фундаментов и других конструкций сооружений и зданий.

Максимальные удельные давления на грунт не должны превышать несущую способность грунта площадки в 1,5 - 1,8 раза.

Понижение уровня грунтовых вод часто является средством некоторого увеличения несущей способности грунтов. Утечки вне домов на магистральных водопроводах приводят к снижению несущей способности грунтов, вызывают развитие оползней, создают подземные вымоины, что приводит к провалам грунта и иногда к разрушению зданий и сооружений.

Рассмотрим механические процессы, возникающие в грунтах при действии местной постепенно возрастающей нагрузки. Пусть на поверхность грунта через жесткий штамп ограниченных размеров прикладывается нагрузка и все время производятся наблюдения за осадками штампа.

В рассматриваемом случае механические процессы будут значительно более сложными, чем, например, описанные ранее при компрессионном сжатии, когда наблюдаются только затухающие деформации, так как любой элемент грунта в компрессионном приборе испытывает только нормальные напряжения без возможности бокового расширения.

При действии же местной нагрузки произвольно выделенный элемент грунта испытывает кроме нормальных и касательные (сдвигающие) напряжения, которые при достижении определенного значения могут вызвать появление местных необратимых скольжений (сдвигов). Поэтому при действии местной нагрузки могут иметь место как затухающие деформации уплотнения, так и (при определенном значении внешней нагрузки) незатухающие деформации сдвига, переходящие при соответствующих условиях в пластическое течение, выпирание, просадку и т. п.

На рис. 4.1, а приведена типичная кривая деформаций грунта при действии на его поверхность местной, возрастающей ступенями нагрузки. Рассмотрим ее несколько подробнее.

Если ступени нагрузки малы и грунт обладает связностью, то первые участки на кривой деформаций будут почти горизонтальны (рис. 4.1,б) где начальный участок дан в увеличенном масштабе), т. е. пока не превзойдена структурная прочность, грунт будет испытывать только незначительные упругие деформации и осадка штампа будет полностью восстанавливаться при разгрузке.

При последующих ступенях нагрузки (или даже при первой, когда будет превзойдена структурная прочность грунта) возникает уплотнение грунта под нагрузкой, т. е. уменьшение пористости грунта в некоторой его области под нагруженной поверхностью.

Рис 4.1 Зависимость между деформациями и давлением при возрастании нагрузки на грунт. а — кривая деформаций при ступенчатом загружении, б — начальный участок кривой деформации

Важно отметить, что, как покидывают результаты непосредственных опытов, всегда существует некоторая величина внешнего давления, при котором грунт лишь уплотняется и приобретает большую сопротивляемость внешним силам.

 

I фаза – фаза уплотнения грунтов II фаза – фаза сдвигов (фаза развития пластических деформаций). Рн.кр - начальная критическая нагрузка; Рпр. – предельное давление на основание.

0              Рн.кр.  Рпр.

                              

 I фаза       II фаза

 

 

S=кр S=кⁿр

 

Теория линейной            Теория предельного

S

деформации тел              равновесия