Определение осадки фундаментов методом послойного суммирования

В практике строительства в зависимости от свойств оснований и конструкций фундаментов существует более 20 методов определения осадки фундаментов. Рассматриваемый метод расчёта осадки методом послойного суммирования рекомендуется в СНиП (в строительных нормах и правилах), поэтому ему внимание и рассмотрим его подробно в деталях.

Построим расчетную схему (см. рисунок) для отдельностоящего (ленточного) фундамента.

Расчётная схема для отдельно стоящего (ленточного) фундамента для определения его осадки методом послойного суммирования.

Порядок выполнения вычислений:

1. Строим эпюру Р_zр – дополнительных напряжений (уплотняющих давлений).
2. Строим эпюру природных давлений Р_Δz, разбив предварительно основание на слои, hi ≤ 0,4b.
3. Определяем осадку S_i отдельных слоёв грунта и, суммируя их, получаем окончательную осадку фундамента.

При этом m_vi – определяется из компрессионных испытаний, а величина P_zi – как среднее дополнительное давление в i-том слое грунта (см. эпюру на рисунке).

Если известен модуль общей деформации слоя грунта (Е_0i), то осадка может быть определена следующим выражением:

где коэффициент β = 0,8 (по рекомендациям СНиП).

Основные допущения при расчете по этому методу:

1. Линейная зависимость между напряжениями и деформациями.
2. Осадки рассматриваются, исходя из эпюры максимальных уплотняющих давлений – под центром фундамента.
3. Не учитывается, как правило, слоистость напластований при построении P_zр.
4. Эта задача пространственная (6 компонентов напряжений), мы учитываем лишь только вертикальные напряжения P_zр (5 компонентов не учитываем).
5. Не учитываем боковое расширение грунта.
6. На некоторой глубине ограничиваем активную зону, ниже которой считаем, что грунт практически не деформируется, следующими условиями:

Последнее допущение в рассматриваемом методе позволяет определить необходимое число слоёв (n) в знаке суммирования при вычислении осадки фундамента и, таким образом, успешно решить поставленную задачу.

9. Несущая способность оснований.

Под несущей способностью основания подразумевается нагрузка, после превышения которой в нем возникают опасные для сооружения деформации или недопустимые перемещения.
Характер деформации грунтов основания под воздействием на него возрастающей нагрузки меняется. Принято различать три фазы деформации основания.
В начальной (первой) фазе, называемой фазой уплотнения грунта, осадка основания обусловливается уменьшением размеров пор грунта, расположенного под фундаментом, т. е. уплотнением этого грунта. Эта фаза характерна тем, что касательные напряжения для всех площадок, проходящих через любые точки основания, удовлетворяют условию (1.24) и, следовательно, в основании не возникают сдвиги.

Рис. 3.1. Фазы деформации основания:
а — конец фазы уплотнения; б — фаза сдвигов; в—фаза выпирания; 1 — области предельного равновесия; 2 - уплотненное ядро

При увеличении нагрузки в точках основания, расположенных у краев подошвы фундамента (точки 1 на рис. 3.1, а), возникают сдвиги. С этого момента начинается вторая фаза деформации основания, называемая фазой сдвига. Сдвиги по мере увеличения нагрузки захватывают все большие области, которые называют областями предельного равновесия (области 1 на рис. 3.1, б). Непосредственно под фундаментом образуется уплотненное ядро грунта в форме клина, в пределах которого сдвиги не происходят. Во второй фазе осадка основания обусловливается не только уплотнением грунта, расположенного под фундаментом, но и его смещениями в стороны. Давление р по подошве фундамента, соответствующее началу второй фазы деформации основания, называют предельным краевым давлением и обозначают ррr.
При дальнейшем увеличении сжимающей нагрузки образовавшееся под фундаментом уплотненное грунтовое ядро 2 (рис. 3.1, в), перемещаясь вниз, расклинивает окружающий грунт и сдвигает его по поверхностям скольжения в стороны и вверх. Основание оказывается разрушенным. Процесс разрушения основания относят к третьей фазе деформации — фазе выпирания. Давление р по подошве фундамента, соответствующее началу третьей фазы деформации, называют предельным давлением.

Несколько иная картина получается для фундаментов с увеличенной глубиной заложения (рис. 3. 2). В этом случае под фундаментом при его нагружении также образуется уплотненное ядро, однако выпора грунта на поверхность не происходит из-за большого всестороннего обжатия. Зоны сдвигов имеют небольшое развитие, и сдвигаемый грунт способен вызвать только уплотнение в зоне, расположенной вокруг подошвы фундамента. Это обусловливает повышение несущей способности оснований с увеличением глубины заложения фундаментов.
На рис. 3.3 изображен характерный график зависимости осадки основания s от давления р по подошве фундамента. Первой фазе деформации основания (фазе уплотнения грунта) соответствует начальный участок OA, на котором зависимость осадки от давления близка к прямолинейной. Второй фазе (фазе сдвигов) соответствует участок АВ, где зависимость осадки от давления носит отчетливо выраженный криволинейный характер. Давление рpr, соответствующее точке А (на границе указанных участков), называется пределом пропорциональности. Третьей фазе (фазе выпирания) соответствует участок ВС, который характеризует весьма резкое (катастрофическое) возрастание осадки. Стабилизация осадки не всегда достигается, поэтому давление ри, соответствующее началу третьей фазы деформации основания (точке В), называется пределом прочности или пределом несущей способности основания.

Рис. 3.2. Схема разрушения песчаного основания под фундаментом глубокого заложения 1— зоны сдвига; 2 — уплотненное ядро

Рис. 3.3. Зависимость осадки s от давления р

10. Виды фундаментов мелкого заложения.

11. Особенности и области применения фундаментов мелкого заложения.

12. Проверка по устойчивости против опрокидывания.

13. Устойчивость конструкций против сдвига.

14. Определение размеров подошвы внецентренно нагруженных фундаментов.

15. Проверка прочности подстилающего слоя.

16. Определение крена фундамента.

17. Гидроизоляция фундаментов и защита их от воздействия агрессивных вод.

18. Классификация свай, виды свайных фундаментов и типы ростверков.

19. Сваи, погружаемые в грунт в готовом виде.

20. Сваи, изготовляемые в грунте.

21. Условия передачи различными сваями нагрузок на грунты основания.

22. Условия работы одиночной сваи и группы висячих свай.

23. Определение несущей способности висячих свай и свай-стоек по грунту.

24. Теоретический, динамический методы определения несущей способности свай. Метод статических испытаний свай. Отказ свай (ложный, истинный).

25. Совместная работа свай на вертикальную и горизонтальную нагрузку.

26. Расчет свайных фундаментов по предельным состояниям.

27. Фундаменты на сильносжимаемых, просадочных, набухающих, вечномерзлых грунтах. Особые условия устройства. Причины необходимости усиления фундаментов и оснований.