Основания. Расчетные сопротивления грунтов

Здания и сооружения передают нагрузки на основания. Основания состоят из грунтов (горных пород), которые залегают в верхней части земной коры. Грунты подразделяются на скальные (имеющие жесткие связи между зернами грунта) и дисперсные (к которым относятся: несцементированные, сыпучие и глинистые грунты). Скальные грунты наиболее прочные, но они обычно залегают глубоко от поверхности. Соответственно, в качестве оснований чаще используются дисперсные грунты. Более подробно классификацию грунтов в строительстве см. ГОСТ 25100-95 «Грунты. Классификация».          

Расчет оснований ведется по двум группам предельных состояний, при этом учитывается совместная работа оснований, фундаментов и надземных конструкций.

Основания, сложенные из скальных грунтов, рассчитывают по первой группе предельных состояний – по прочности.

Основания, сложенные из дисперсных грунтов, рассчитывают по второй группе предельных состояний. Для фундаментов на дисперсных грунтах, решающим являются их осадки. Величина осадок фундаментов ограничивается требованиями норм. Понятие «прочность» для дисперсных грунтов условно, так как грунты не разрушаются, а при большой нагрузке просто выдавливаются из под фундаментов.

Далее рассматриваются расчеты оснований сложенных из дисперсных грунтов (по второй группе предельных состояний).

Для расчета фундамента назначают глубину его заложения и по результатам геологических исследований определяют физические и механические характеристики грунтов основания.

Приближенно размеры подошвы фундамента устанавливают через расчетные сопротивления грунта R ₀, определяемые по таблицам (табл. 6.1, 6.2 Приложение 6).

Окончательно площадь подошвы фундамента определяется через расчетное сопротивление грунта R, устанавливаемое по формуле

                                                                                                                          (6.1)  

где γ _{с 1} и γ _{с 2} – коэффициенты условий работы (табл. 6.5 Приложение 6);

М _γ; М_q; М_c – коэффициенты по табл. 6.6 Приложение 6;

k – коэффициент, принимаемый равным: k = 1, если характеристики грунта (φ_II и c _II) определены непосредственными испытаниями грунта; k = 1,1, если характеристики приняты по таблицам (6.3, 6.4 Приложение 6);

k _z – коэффициент, принимаемый равным: при b < 10 м - k _z = 1,

при b ≥ 10 м - k _z = z ₀ /b + 0,2 (здесь z ₀= 8 м);

b – ширина подошвы фундамента (меньший размер b = b_f), м;

γ_II – осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента, кН/м³;

γ ' _II – осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента, кН/м³;

c _II – расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа;

d ₁ – глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле

                                 d ₁ = h_s + h_cf γ _cf /γ ' _II,                                                     (6.2)

h_s – толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м;

h_cf – толщина конструкции пола подвала, м;

γ _cf – расчетное значение удельного веса конструкции пола подвала, кН / м³;

d_b – глубина подвала – расстояние от уровня планировки до пола подвала, м (для сооружений с подвалом шириной В ≤ 20м и глубиной свыше 2,0 м принимается d_b = 2 м, при ширине подвала В >20 м - d_b= 0).

Если давление, возникающее под подошвой центрально-сжатого фундамента меньше расчетного сопротивления грунта (p ≤ R), осадки обычно не превышают предельных значений. Значение максимального давления под подошвой внецентренно нагруженных фундаментов ограничивается величиной 1,2 R.

 

Примеры расчета к параграфу 6.1

    Пример 6.1. Определить расчетное сопротивление грунта R ₀, для супеси с коэффициентом пористости е = 0,6, показателем текучести I_L = 0,7.

Решение.

1. Расчетное сопротивление грунта R ₀определяем по (табл. 6.2 Приложение 6). Так как значения коэффициента пористости и показателя текучести не совпадают с приведенными в таблице значениями, следует выполнять двойную интерполяцию. Двойную интерполяцию (по коэффициенту пористости и по показателю текучести) можно производить по формуле

                                                                                                                  

                                                                                                                       (6.3)

 

где е и I_L – характеристики грунта, для которого ищется значение R ₀;

е ₁ и е ₂ – соседние значения коэффициента пористости, в интервале, между которыми находится коэффициент пористости для рассматриваемого грунта;

R _0(1,0) и R _0(1,1) - табличные значения R ₀для е ₁ при I_L = 0 и I_L = 1 соответственно;

R _0(2,0) и R _0(2,1) - табличные значения R ₀ для е ₂ при I_L = 0 и I_L = 1 соответственно.

Если значение коэффициента пористости е совпадает с приведенным в таблице, то R ₀ определяется по формуле

                             R ₀ = R _0(1,0) − I_L (R _0(1,0) − R _0(1,1) ).                               (6.4)

Пример 6.2. Определить расчетное сопротивление грунта R по следующим данным: размеры подошвы отдельно стоящего фундамента: а_f = b_f = 1,3 м, здание без подвала. Отношение длины здания к высоте L/H = 4. Глубина заложения фундамента d ₁ = 1,5 м. Основанием фундаменту служит слой суглинка, имеющий следующие характеристики: e = 0,65; I_L = 0,6. Удельный вес грунтов основания γ = 19,5 кН/м³.

Решение.

1. По табл. 6.4 Приложения 6 устанавливаем удельное сцепление и угол внутреннего трения суглинка: c_n = c _II = 25 кПа; φ _n = φ_II = 19º.

2. Находим коэффициенты (табл. 6.5 Приложение 6), учитываем, что суглинок относится к пылевато-глинистым грунтам: γ _{c 1} = 1,0; γ _{c 2} = 1,0.

3. Выписываем, по углу внутреннего трения φ_II = 19º коэффициенты (табл. 6.6 Приложение 6): М _γ = 0,47; М_q = 2,89; М_c = 5,48.

4. Определяем расчетное сопротивление грунта по формуле (6.1), при этом принимаем значения:

- k = 1,1 (так как сцепление и угол внутреннего трения определены по таблице, а не в результате испытаний грунта);

- k_z = 1,0 (так как ширина фундамента меньше 10 м);

- d_b = 0(для зданий без подвала);

- так как грунт выше и ниже подошвы фундамента одинаковой плотности 

 γ_II = γ ' _II = γ = 19,5кН/м³ 

 

Задачи для самостоятельной работы к параграфу 6.1

Задача 6.1. Определить расчетное сопротивление грунта R ₀, для песка мелкого, маловлажного, средней плотности.

Задача 6.2. Определить расчетное сопротивление грунта R ₀, для глины с коэффициентом пористости е = 0,8, показателем текучести I_L = 0,4.

Задача 6.3. Определить расчетное сопротивление грунта R по следующим данным: размеры подошвы отдельно стоящего фундамента: а_f = b_f = 1,8 м. Отношение длины здания к высоте L/H = 2,75. Глубина заложения фундамента d ₁ = 1,8 м. Основанием фундаменту служит слой мелкого песка, имеющий следующие характеристики: e = 0,65; основание сложено грунтами с одинаковым удельным весом γ = 20,5 кН/м³; здание без подвала. Удельное сцепление и угол внутреннего трения определить по табл. 6.3 Приложения 6.

 

 

Определение глубины

 заложения и размеров подошвы фундаментов

Глубина заложения фундаментов зависит: от геологических и гидрогеологических условий площадки строительства; конструктивных требований; глубины промерзания и др.

Подошва фундаментов должна опираться на относительно прочные грунты, заглубляться (обычно не менее 0,5м) в несущий пласт грунта основания. В сборных железобетонных фундаментах при назначении глубины заложения требуется учитывать их стандартные размеры.

Глубина заложения фундаментов отапливаемых зданий назначается от уровня планировки грунта. Глубина заложения наружных фундаментов отапливаемых зданий, заглубленных в грунты обладающих пучинистыми свойствами, принимается не менее расчетного значения глубины сезонного промерзания грунта. Пучинистость грунтов определяют с учетом требований изложенных в табл. 2 СНиП 2.02.01-83*. Глубина заложения внутренних фундаментов отапливаемых зданий не зависит от глубины промерзания грунтов.

Глубина заложения наружных и внутренних фундаментов неотапливаемых зданий назначается в соответствии с требованиями, изложенными в табл. 2 СНиП 2.02.01-83* и исчисляется: при отсутствии подвала – от уровня планировки, а при наличии подвала – от пола подвала. 

Расчетную глубину сезонного промерзания грунта d_f, определяют по формуле

                                               d_f = k_h d_fn,                                                 (6.5)

где d_fn – нормативная глубина промерзания;

k_h – коэффициент, учитывающий влияние теплового режима здания (см. п. 2.28 СНиП 2.02.01-83*).