Фундаменты на песчаных подушках

Фундаменты на песчаных подушках могут быть самых разных типов. Чаще всего они применяются для экономии строительных материалов, для полной или частичной замены непригодных грунтов в основании, для подъема отметки пола над уровнем грунтовых вод и т. п.

В зависимости от ПРИМЕНЯЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ фундаменты бывают:

бутовые, бутобетонные, бетонные и кирпичные.

Бутовые фундаменты кладут из крупного бутового камня, подобранного по форме и размерам. Положительные качества бутового фундамента - максимально возможная долговечность и прочность; кроме того, он устойчив к промерзанию и воздействию агрессивных грунтовых вод. Бетонный фундамент называют иногда “заливным”. Он состоит из чистого бетона без крупных камней, с наполнителем из мелкого и среднего гравия или щебня. Прочность и долговечность примерно такие же, как бутобетонного фундамента. Недостаток бетонных фундаментов - повышенный расход цемента и следовательно, значительная стоимость.

Кирпичный фундамент представляет собой кирпичную кладку из обыкновенного (полнотелого), хорошо обожженного кирпича на цементном или цементно-известковом растворе. Устройство кирпичного фундамента в обычных условиях строительства следует признать нецелесообразным, поскольку он довольно дорог и самое главное недолговечен вследствие плохой водостойкости.

43. $$$Определение размеров жестких фундаментов под стену и колону при центральной и внецентренной нагрузке.- 124

Центральная нагрузка. Производят конструирование фундамента (толщину подошвы фундамента и высоту ступеней – рассчитывают методом ж/б конструкций). Расчет фундаментов состоит из двух частей — расчета основания и расчета тела фундамента. Задачей первой части расчета является определение размеров подошвы фундамента исходя из предельной деформативности основания.
При напряжениях под подошвой фундамента, не превышающих нормативного давления грунта, осадку можно не рассчитывать.
Задачей второй части расчета является определение высоты фундамента, размеров его ступеней и площади рабочей арматуры, т. е. обеспечение прочности тела фундамента.
Высоту фундамента определяют из расчета на продавливание, которое может произойти по поверхности пирамиды со сторонами, наклоненными к вертикали под углом 45°.

Внецентренное нагружение наиболее характерно для фундаментов каркасных производственных зданий с крановыми нагрузками, подпорных стенок, высоких сооружений, воспринимающих значительные ветровые нагрузки (дымовые трубы и проч.) и т.д. Действующие на основание нагрузки всегда можно привести к сочетанию вертикальной нагрузки Nz и моментов Mx, My относительно осей х и у.

При проектировании внецентренно нагруженного фундамента следует по возможности располагать подошву фундамента таким образом, чтобы эксцентриситет нагрузки был минимальным. При эксцентриситете более 1/6 стороны подошвы фундамента краевые и угловые давления (рmax, рС max) определяются по формулам, несколько отличным от приведенных выше, и предполагают получение более высоких значений рmax и рС max.

44. $$$От чего зависит и как определяется глубина заложения фундаментов. Нормативная и расчетная глубина промерзания. – 125

Глубина заложения фундаментов должна приниматься с учетом: назначения и конструктивных особенностей проектируемого сооружения, нагрузок и воздействий на его фундаменты; глубина заложения фундаментов примыкающих сооружений, а также глубины прокладки инженерных коммуникаций; существующего и проектируемого рельефа за­страиваемой территории; инженерно-геологических условий площадки строительства (физико-механических свойств грун­тов, характера напластований, наличия слоев, склонных к скольжению, карманов выветриаания, карстовых полостей и пр.);

гидрогеологических условий площадки и воз­можных их изменений в процессе строительства и эксплуатации сооружения;

возможного размыва грунта у опор сооружений, возводимых в руслах рек (мостов, переходов трубо­проводов и т.п.);

глубины сезонного промерзания.

Нормативная глубина сезонного промерза­ния грунта принимается равной средней из ежегод­ных максимальных глубин сезонного промерзания грунтов (по данным наблюдений за период не менее 10 лет) на открытой, оголенной от снега горизон­тальной площадке при уровне подземных вод, рас­положенном ниже глубины сезонного промерзания грунтов.

Нормативную глубину сезонного промер­зания грунта dfn, м, при отсутствии данных многолет­них наблюдений следует определять на основе теплотехнических расчетов. Для районов, где глубина промерзания не превышат 2,5 м, ее нормативное значение допускается определять по формуле

dfn=d0√Mt

где Мt - безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесяч­ных отрицательных температур за зиму в данном районе, принимаемых по СНиП по строительной климатологии и геофизике, а при отсутствии в них данных для конкретного пункта или района строи­тельства - по результатам наблюдений гидрометео­рологической станции, находящейся в аналогичных условиях с районом строительства; d₀ - величина, принимаемая равной, м, для:

суглинков и глин - 0,23;

супесей, песков мелких и пылеватых - 0,28;

песков гравелистых, крупных и средней крупно­сти - 0,30;

крупнообломочных грунтов - 0,34.

Значение d₀ для грунтов неоднородного сложе­ния определяется как средневзвешенное в пределах глубины промерзания.

Расчетная глубина сезонного промерзания грунта df м, определяется по формуле

d_f=k_hd_fn

где d_fn - нормативная глубина промерзания;

k_h - коэффициент, учитывающий влияние тепло­вого режима сооружения, принимаемый: для наруж­ных фундаментов отапливаемых сооружений - по табл.1 СНиП РК 5.01-01-2002; для наружных и внутренних фундаментов неотапливаемых сооружений - k_h= 1,1, кроме районов с отрицательной среднегодовой температурой.

45. $$$Физические свойства нескальных и скальных грунтов и методы их определения. - 106, 126

Скальные грунты представляют собой сцементированные и спаянные породы, залегающие в виде сплошного массива или трещиноватого слоя. Они характеризуются высоким пределом прочности при сжатии в водонасыщенном состоянии, а также — растворимостью и размягчаемостью в воде. Скальные грунты прочны, практически не сжимаются и не промерзают. Нескальные грунты в пределах РК имеют много разновидностей, отличающихся между собой широким диапазоном физических свойств. ФИЗ-ИЕ свойства: Грунты состоят из твердых минеральных частиц («скелет» грунта), воды и воздуха и, таким образом, представляют собой (при положительной температуре) трехфазную систему. Основными характеристиками физических свойств грунтов служат: гранулометрический состав, удельный вес грунта природного сложения, удельный вес частиц грунта, влажность, границы раскатывания и текучести. Гранулометрический состав характеризует содержание по массе групп частиц (фракций) грунта различной крупности по отношению к общей массе абсолютно сухого грунта. В зависимости от содержания в грунте частиц разных размеров определяют степень неоднородности гранулометрического состава.Степень неоднородности гранулометрического состава не может быть меньше единицы и практически не бывает больше 200. Удельным весом грунта природного сложения у называют отношение массы грунта, включая массу воды в его порах, к занимаемому этим грунтом объему, включая поры, умноженное на ускорение свободного падения g, равное 9,81 м/с². Пластичность и консистенция глинистых грунтов. Изменение влажности оказывает большое влияние на свойства глинистых грунтов, которые при этом могут переходить из твердого состояния в полутвердое, затем в пластичное и, наконец, в текучее или наоборот. Если образцу маловлажного глинистого грунта попытаться путем раскатывания придать форму проволоки, то он будет крошиться.

46. $$$Сжимаемость нескальных грунтов. Роль пористости в механических свойствах нескальных грунтов. – 107, 127

Сжимаемостью называют способность породы к уменьшению объема под воздействием нагрузки. Показатель текучести I_L характеризует консистенцию глинистого грунта. По его величине можно косвенно определить и степень сжимаемости основания. Например, если в основании залегают глинистые грунты с показателем текучести I_L Ј 0, то данный слой грунта обладает низкой сжимаемостью. Значение I_L і 0,75 говорит о повышенной сжимаемости основания.
Наихудшим видом основания являются илы и заторфованные грунты. Лессовые грунты в маловлажном состоянии могут служить хорошим основанием. Однако при замачивании водой они дают просадку. Пористостью n грунта называется отношение объема пор к полному объему образца грунта. Коэффициентом пористости e или относительной пористостью называется отношение объема пор в образце к объему, занимаемому его твердыми частицами - скелетом, то есть e=n/1-n
Теоретически пористость n изменяется в пределах от нуля (поры отсутствуют) до единицы (скелет отсутствует). Соответственно коэффициент пористости e изменяется от нуля (поры отсутствуют) до бесконечности (скелет отсутствует). Пористость не может быть больше единицы, в то время как коэффициент пористости может быть больше единицы (например у лессов, торфа). Коэффициент пористости равен единице, если объем пор равен объему, занятому твердыми частицами.

47. $$$Лабораторные методы определения сжимаемости грунтов в приборах одноосного и трехосного сжатия. Полевые методы определения сжимаемости грунтов. – 108, 128

Испытание грунта методом одноосного сжатия проводят для определения следующих характеристик прочности: предела прочности на одноосное сжатие R для полускальных и водонасыщенных глинистых грунтов. Предел прочности на одноосное сжатие определяют как отношение приложенной к образцу вертикальной нагрузки, при которой происходит разрушение образца, к площади его первоначального поперечного сечения. Проведение испытания. Нагружение испытываемого образца грунта производят равномерно, без ударов, увеличивая нагрузку непрерывно с заданной скоростью нагружения или скоростью деформирования образца грунта. Скорость нагружения образца полускального грунта должна составлять 0,01-0,05 МПа/с. Нагружение образца глинистого грунта производят со скоростью приращения относительной вертикальной деформации образца 0,02 за 1 мин, или скорость нагружения выбирают в зависимости от предполагаемой прочности грунта таким образом, чтобы время проведения испытания составило 5-7 мин. Испытание проводят до разрушения образца. В случае испытания образца глинистого грунта при отсутствии видимых признаков разрушения испытание прекращают при относительной вертикальной деформации образца эпсилон = 0,15. В процессе испытания ведут журнал, форма которого приведена.
Испытание грунта методом трехосного сжатия проводят для определения следующих характеристик прочности и деформируемости: угла внутреннего трения, удельного сцепления, сопротивления недренированному сдвигу, модуля деформации и коэффициента поперечной деформации для песков, глинистых, органо-минеральных и органических грунтов. Эти характеристики определяют по результатам испытаний образцов грунта в камерах трехосного сжатия. Проведение неконсолидированно-недренированного испытания. Предварительное обжатие образца осуществляют в соответствии с программой испытаний. Вертикальное нагружение испытываемого образца производят равномерно, без ударов ступенями нагрузки. Показания прибора для измерения вертикальной деформации образца грунта записывают на каждой ступени нагружения или через 15 с при непрерывном увеличении нагрузки. Испытание продолжают до момента разрушения образца или до возникновения пластического течения без приращения нагрузки. При отсутствии видимых признаков разрушения испытание прекращают при относительной вертикальной деформации образца грунта. После окончания испытания образец грунта разгружают, сбрасывают давление в камере и сливают рабочую жидкость. Образец грунта извлекают из камеры и отбирают из него пробы для контрольного определения влажности. В процессе испытания ведут журнал. Полевые испытания: Определение коэффициента фильтрации, нагнетание воды, деформируемость немерзлых грунтов, модуль деформации.

Метод испытания штампом.

Испытания статической нагрузкой при инженерно-геологической разведке участков предполагаемого строительства производится в шурфах и скважинах. Испытания проводят с помощью штампов. В процессе опытов нагрузку увеличивают ступенями до стабилизации осадки от каждой ступени. Сущность метода

Испытание грунта штампом проводят для определения следующих характеристик деформируемости: модуля деформации Е для крупнообломочных грунтов, песков, глинистых, органоминеральных и органических грунтов; начального просадочного давления p_sl, относительной деформации просадочности e_sl для просадочных глинистых грунтов при испытании с замачиванием, кроме набухающих и засоленных грунтов при испытании с замачиванием.

Метод испытания радиальным прессиометром.

Прессиометрию применяют для определения деформационных свойств песчано-глинистых и щебнисто-глинистых пород в буровых скважинах.

Метод заключается в измерении осадки грунта, вскрытого в стенке скважины, под действием давления.

48. $$$Упругие и остаточные деформации. Структурная прочность. Накопление остаточных деформаций при повторном нагружении. Структурно – неустойчивые грунты и причины разрушения их структуры.-109,129

Деформация — изменение относительного положения частиц тела, связанное с их перемещением. Деформации разделяют на упругие и пластические. Упругие деформации исчезают, а пластические остаются после окончания действия приложенных сил. В основе упругих деформаций лежат обратимые смещения атомов металлов от положения равновесия; в основе пластических — необратимые перемещения атомов на значительные расстояния от исходных положений равновесия. Чаще всего грунты природного сложения уплотнены давлением вышележащих слоев. В некоторых же случаях уплотнение происходит под действием капиллярного давления, развивающегося при высыхании грунта, или вследствие понижения уровня подземных вод. В результате уплотнения частицы грунта сблизились и между ними образовались водно-коллоидные связи. В процессе длительного существования грунтов при определенных условиях в них дополнительно могли возникнуть хрупкие кристаллизационные связи. Суммарно эти связи придают грунту некоторую прочность, которую называют структурной прочностью грунта. Структурно неустойчивые грунты – это грунты, у которых при наличии внешних воздействий достаточно резко нарушается природная структура. К ним относятся следующие грунты: лёссовые; рыхлые пески; илы; мёрзлые и вечномёрзлые; набухающие; заторфованные. При всем различии условий природного образования и последующего изменения этим грунтам свойственна общая особенность - способность к резкому снижению прочности структурных связей между частицами при некоторых обычных для строительства и эксплуатации сооружений воздействиях: при нагревании - для одних, увлажнении - для других, быстром нагружении или вибрационном воздействии - для третьих типов грунтов.
Причины указанных процессов заключаются в том, что структурные связи в этих грунтах обусловлены легко поддающимися разрушению при определенных воздействиях факторами. Поэтому такие грунты часто называют структурно-неустойчивыми грунтами.

49. $$$Механические свойства грунтов. Сопротивление нескальных грунтов сдвигу. Определение параметров сопротивления на срезных приборах - лабораторных стабилометрах. Полевые методы определения параметров сопротивления сдвигу. – 110, 130

Для расчетов деформаций, устойчивости грунта и оценки прочности оснований необходимо знать механические характеристики используемых грунтов. На механические свойства оказывают влияние характер структурных связей частиц, гранулометрический и минеральный состав и влажность грунтов. Основными механическими свойствами грунтов считают: сжимаемость; сопротивление сдвигу; водопроницаемость, сжимаемость грунтов.

Предельным сопротивлением сдвигу (растяжению) называется способность грунта противостоять перемещению частей грунта относительно друг друга под воздействием касательных и прямых напряжений. Этот показатель характеризуется прочностными свойствами грунтов и используется в расчетах оснований зданий и сооружений. Способность грунта воспринимать нагрузки не разрушаясь, называют прочностью.
Водопроницаемость характеризуется способностью грунта пропускать через себя воду под действием разности напоров и обуславливается физическим строением и составом грунта. При прочих равных условиях при физическом строении с меньшим содержанием пор, и при преобладании в составе частиц глины водопроницаемость будет меньшей, нежели у пористых и песчаных грунтов соответственно.
Показатели сопротивления грунта сдвигу определяются различными способами, среди которых можно выделить три группы:
- способы определения сопротивления сдвигу по одной или двум заранее фиксированным плоскостям в сдвиговых приборах;
- способы определения сопротивления сдвигу путем раздавливания при одноосном и трехосном сжатии;
- способ определения сопротивления сдвигу по углу естественного откоса.
Лабораторные испытания грунтов для определения показателей трения и сцепления способом поперечного сдвига производят путем среза нескольких образцов исследуемого грунта. При этом в зависимости от характера предварительной подготовки образцов к опыту различают:
а) сдвиг нормально уплотненных образцов (завершенное уплотнение), когда образцы перед опытом предварительно уплотняются под разными нагрузками до окончания процесса консолидации; срез каждого образца производится при той же вертикальной нагрузке, под которой он предварительно уплотнялся;
б) сдвиг переуплотненных образцов, когда образцы предварительно уплотняются до окончания процесса консолидации, а сдвигаются без нагрузки или при меньших нагрузках;
в) сдвиг недоуплотненных образцов (незавершенное уплотнение), когда образцы предварительно не уплотняются или уплотняются в продолжение короткого времени, за которое не наступает полная консолидация; срез производится при различных вертикальных нагрузках.

В тех случаях, когда сложно или невозможно отобрать образцы грунта ненарушенной структуры для определения деформационных и прочностных характеристик используют полевые методы испытаний.

Испытания пробной статической нагрузкой для определения модуля деформации грунтов проводятся в шурфах инвентарными жесткими штампами.

Статическое зондирование заключается в медленном задавливании в грунт стандартного зонда. Механические и прочностные характеристики определяются по величине удельного сопротивления погружению зонда.

Динамическое зондирование производится путем забивки в грунт зонда из колонки штанг с коническим наконечником. Основой для определения механических параметров грунта является показатель зондирования - число ударов, необходимых для погружения зонда на 10 см.

 

50. $$$Фильтрация воды в грунтах, понятие о начальном градиенте напора. Капиллярные явления. – 111, 131

Фильтрация воды в грунтах представляет собой сложный процесс. Поры в разнозернистом грунте образуют извилистые каналы переменного сечения, соединяющиеся между собой в различных направлениях. Следовательно, и траектории движения воды в этих каналах будут крайне сложными. В пылевато-глинистых грунтах пленки связанной воды, окружающие глинистые частицы и связанные с ними силами электростатического притяжения, могут образовывать пробки, перекрывающие поровые каналы в не которых сечениях и затрудняющие движение свободной воды. Действительная скорость движения воды в разных сечениях грунта может быть различной и, строго говоря, будет неопределенной, поэтому математическое описание фильтрации воды в грунте связано со схематизацией этого процесса и основывается на результатах экспериментов.
Начальный градиент напора. Многочисленные опыты по фильтрации воды в песчаных грунтах подтверждают полную справедливость закона Дарси. Так, в глинистых грунтах, особенно плотных, при относительно небольших значениях градиента напора фильтрации может не возникать. Увеличение градиента приводит к постепенному, очень медленному развитию фильтрации. Наконец, при некоторых значениях гидравлического градиента устанавливается постоянный режим фильтрации. Понятие начального градиента напора впервые установлено опытами Б. Ф. Рельтова и С. А. Роза и связывается обычно с проявлением особых свойств воды в глинистых грунтах, отмеченных в начале настоящего параграфа.
Капиллярность — физическое явление, заключающееся в способности жидкостей изменять уровень в трубках, узких каналах произвольной формы, пористых телах. Капиллярные явления: под каппилярным движением воды или водоподъемной способностью грунтов следует понимать их способность перемещать воду по капиллярным порам снизу вверх или в стороны. Передвижение воды в грунтах под суммарным действием капиллярных сил и сил впитания пленочной влаги, играет большую роль в накоплении влаги в грунте.

51. $$$Реологические процессы, ползучесть и длительная прочность грунтов. Стабилизированное и нестабилизированное состояние грунтов при сдвиге. – 132

Глинистые грунты обладают явно выраженными реологическими свойствами - ползучестью, релаксацией напряжений, изменением прочности во времени, причем при оттаивании они могут резко менять свои механические свойства.
ПОЛЗУЧЕСТЬ — медленное нарастание во времени пластической деформации материала при силовых воздействиях, меньших, чем те, которые могут вызвать остаточную деформацию при испытаниях обычной длительности. Ползучесть сопровождается релаксацией напряжений. Ползучесть свойственна практически всем конструкциям материалам. Для сталей и чугунов ползучесть существенна лишь при повышении температуры (св. 300 °С) и протекает тем интенсивнее, чем выше температура. Для металлов с низкой температурой плавления, для бетона, дерева, высокополимерных материалов ползучесть весьма заметна и при комнатных температурах. Ползучесть бетона существенно зависит от его возраста с момента изготовления; чем «моложе» бетон, тем выше его ползучесть. Определение характеристик реологических свойств необходимо для решения основных вопросов проектирования и строительства подземных гидротехнических объектов, в частности:
- для расчетов напряженно-деформированного состояния системы подземное сооружение - горный массив, включая вопросы оценки прочности и устойчивости массива вокруг незакреплённых горных выработок с целью разработки рекомендаций по конструкции и технологии временного и постоянного креплений;
- для определения типа конструкций и размеров обделок напорных туннелей и шахт;
- для моделирования, в том числе и численного, совместной работы сооружений и массива в сложных инженерно-геологических условиях;
- при разработке технологии строительства подземных сооружений, включая вопросы их поэтапного возведения;
- для анализа данных натурных наблюдений в процессе строительства и эксплуатации подземного сооружения с целью уточнения прогнозов их работоспособности.

52. $$$Влияние динамических воздействий на механические свойства грунтов. Тиксотропия и разжижение грунтов. – 133

В городах широко распространены динамические воздействия на грунты. Источниками их являются: транспорт, фабрично-заводское оборудование и механизмы, ударные и вибрационные строительные машины и др.
Грунты различного состава, структуры и физического состояния по-разному реагируют на динамические воздействия. Теоретически все типы грунтов и даже скальные грунты могут в какой-то мере изменяться при соответствующем режиме динамических воздействий. Вибрация, удары, толчки и другие колебательные воздействия широко проявляются в городских условиях, существенно влияют на грунтовые образования под фундаментами зданий и сооружений. Наиболее чувствительны к таким воздействиям:
а) раздельно-зернистые грунты (пески, гравий, галечники, щебень, валуны), находящиеся в недоуплотненном состоянии;
б) грунты, имеющие рыхлую, тиксотропную структуру (водонасыщенные рыхлые илы, сапропели, плывуны, разжиженные лессы и т.п.), структурные связи которых легко разрушаются при механических воздействиях;
в) скопления продуктов выветривания, оползневые и другие неустойчивые породы на склонах.
Тиксотропия играет значительную роль в строительном деле. Например, при забивке свай в тиксотропный грунт происходит разжижение грунта вокруг сваи, и процесс забивки совершается настолько легко, что возникает сомнение в способности сваи нести соответствующую нагрузку. Временное прекращение забивки создает условия для восстановления прежнего состояния, сваю, как говорят строители, «засасывает», и ее сопротивление возрастает в несколько раз. Наличие тиксотропной прослойки в склоне долины или оврага, в откосе строительного котлована может вызвать обрушение склона или откоса от сотрясения.
Разжижение грунтов — процесс, вследствие которого грунт ведёт себя не как твёрдое тело, а как плотная жидкость. Разжижение более характерно для насыщенных влагой сыпучих грунтов, таких как илистые пески или пески, содержащие прослойки непроницаемых для воды отложений.
Разжижение грунта может произойти во время землетрясения, потому что при прохождении сейсмической волны частицы грунта начинают колебаться с разными скоростями и часть контактов между ними разрывается, в результате грунт может стать водой с взвешенными в ней песчинками. Вода стремится отжаться, но прежде чем грунт вернётся к первоначальному состоянию, здания, стоящие на нём, могут быть разрушены.

53. $$$Статистический подход к оценке физических и механических свойств грунтов. Определение нормативных и расчетных характеристик грунтов. – 134

Определение нормативных и расчетных характеристик грунтов.
В силу неоднородности грунтов физико-механические свойства даже в пределах одного слоя не постоянны, поэтому определение характеристик по результатам испытаний одного образца дает лишь частное значение искомой величины.
Для получения достоверных значений физико-механических характеристик грунтов прибегают к статистической обработке результатов ограниченного числа испытаний.
В расчетах оснований доверительный интервал зависит от степени влажности и возможности ожидаемого события. При расчетах устойчивости грунтов принимают а=0,95, а при расчетах де-формативности а=0,85. Такое различие объясняется тем, что потеря устойчивости грунта опаснее осадки. Принятые доверительные вероятности означают, что в первом случае только 5%, а во втором — 15% значений частных определений будет больше или меньше принятого значения искомой характеристики.
Число частных определений к, по которым назначают нормативные и расчетные значения характеристик, зависит от неоднородности грунтов и степени ответственности возводимого здания или сооружения. Для статистической обработки требуется не менее шести испытаний. Для получения более достоверного значения требуется большее количество опытов: чем оно больше, тем меньше значение а и рт, соответственно сужается и доверительный интервал, т. е. значение искомой характеристики будет в большей степени приближаться к действительному.
При полевых испытаниях грунтов жесткими штампами, целью которых является определение модуля деформаций, допускается находить его по результатам трех опытов или двух, если результаты отличаются друг от друга не более чем на 25%.
Рис. 1.10. Статические кривые распределения значений физико-механических характеристик: 1 — тедретаческая; 2 — экспериментальная

 

54. $$$Напряжения от собственного веса грунта. Применение теории сплошных и зернистых сред для определения напряжений и деформаций в грунтовом основании от действия внешних нагрузок. – 135

Фактическое напряженное состояние грунтов основания при современных методах изысканий определить не представляется возможным. В большинстве случаев ограничиваются вычислением вертикальных напряжений, возникающих от веса вышележащих слоев грунта. Эпюра этих напряжений по глубине однородного слоя грунта будет иметь вид треугольника. При слоистом напластовании эпюра ограничивается ломаной линией, как показано на рис. 9 (линия abсde).
На глубине z вертикальное напряжение будет равно:
где γ_0i — объемный вес грунта i-го слоя в т/м³; hi — толщина i-го слоя в м; п — число разнородных слоев по объемному весу в пределах рассматриваемой глубины z. Объемный вес водопроницаемых грунтов, залегающих ниже уровня грунтовых вод, принимается с учетом взвешивающего действия воды:
здесь γ_у — удельный вес твердых частиц грунта в т/м³; e — коэффициент пористости грунта природного сложения.
При монолитных практически водонепроницаемых глинах и суглинках в случаях, когда они подстилаются слоем водопроницаемого грунта, имеющего грунтовые воды с пьезометрическим уровнем ниже уровня грунтовых вод верхних слоев, учет взвешивающего действия воды не производится. Если бы в напластовании грунтов, изображенном на рис. 9, четвертый слой представлял собой монолитную плотную глину и в подстилающем водоносном слое грунтовая вода имела бы пьезометрическим уровень ниже уровня грунтовой воды верхнего слоя, то поверхность слоя глины являлась бы водоупором, воспринимающим давление от слоя воды. В таком случае эпюра вертикальных напряжений изобразилась бы ломаной линией abcdmn, как показано на рис. 9 пунктиром.
Следует отметить, что под действием напряжений от собственного веса природного грунта деформации основания (за исключением свежеотсыпанных насыпей) считаются давно загасшими. При большой толще водонасыщенных сильносжимаемых грунтов, обладающих ползучестью, иногда приходится считаться с незавершенной фильтрационной консолидацией и консолидацией ползучести. В таком случае нагрузку от насыпи нельзя считать за нагрузку от собственного веса грунта.
Рис.9.Эпюра напряжений Р_?z от собственного веса грунта. Добавить слайды 7,8 лек

55. $$$Напряжения и деформации от сосредоточения сил и других нагрузок на поверхности грунта и в его среде. Распределение напряжений под подошвой фундамента (контактная задача). – 136 Добавить слайды 7,8, 9 лек

Давление на основание, передаваемое по подошве фундамента, распространяется в грунте во все стороны, постепенно уменьшаясь.
Ограничимся рассмотрением случая, когда фундамент передает на основание давление от силы N, кН, проходящей через центр тяжести подошвы фундамента (рис.1).
В любом сечении основания горизонтальной плоскостью наибольшее нормальное напряжение Pmaх, кПа, возникает на оси z, в качестве которой принята вертикальная ось с началом в центре тяжести О подошвы фундамента. По мере увеличения глубины наибольшее напряжение ртах уменьшается, распределение напряжений р становится более равномерным.
Наибольшее нормальное напряжение Pmaх, кПа, возникающее под центром тяжести подошвы фундамента на глубине d, м, определяется по формуле
Pmaх = ар0, (2.7), где а — коэффициент распределения давления в грунте; ро — нормальные напряжения по подошве фундамента, кПа.
Значения коэффициента а принимают по табл. При подошве фундамента в форме круга они зависят от отношения d/b (глубины d, м, к диаметру круга b, м) при подошве в форме прямоугольника они зависят от отношения а/b (большей стороны а, м, прямоугольника к меньшей b, м) и от отношения d/b. Для промежуточных значений этих отношений между приведенными в табл. 2.1 величину а определяют интерполяцией.
Рис. 2.3. Эпюры нормальных напряжений в основании
1, 2, 3, 4 — соответственно по подошве фундамента и на глубинах d1, d2, d3; 5 —по оси

56. $$$Приложение теории предельного равновесия к определению предельных нагрузок на основание. Возникновение и развитие пластических областей под краями фундамента. Критические кривые напряжений. – 137

Модель теории предельного напряженного состояния грунта. Данная модель относится только к предельному состоянию, т.е. к такому напряженному состоянию, когда в массиве грунта от действующих нагрузок сформировались значительные по размерам замкнутые области, в каждой точке которых устанавливается состояние предельного равновесия. Потому теорию предельного напряженного состояния часто называют теорией предельного равновесия грунта.
Теория предельного равновесия грунта позволяет определить предельную нагрузку на основание (его предельная несущая способность), но при этом невозможно определять деформации грунта. Решения теории предельного равновесия используются также для общих расчетов устойчивости сооружений и оснований, откосов и склонов, определения давления грунта на ограждения. В основе современных решений теории предельного равновесия лежат фундаментальные работы В.В. Соколовского.
При возведении здания или сооружениянаблюдается постоянное возрастание давления по подошве фундаментов. При таком характере воздействия в грунтовом основании, как и во всяком твердом теле, возникает напряженно-деформирующее состояние.
При деформации грунтов под нагрузкой выделяют три фазы НДС:
I — фаза нормального уплотнения;
II — фаза сдвигов;
III — фаза выпирания грунта.
Зависимость вертикальных перемещений фундамента от действующего давления по его подошве изображена на рис. 1
Рис. 1. Зависимость осадки S от давления Р
На графике (см. рис. 1) участок оа соответствует фазе.
Из-за концентрации напряжений под краями фундаментав начале фазы сдвигов происходит разрушение грунта в локальных областях, т.е. происходят местные потери устойчивости.
Во второй фазе под краями фундамента формируются области пластических деформаций (разрушения грунта), которые развиваются в сторону и в глубину, P_cr,1 < Р < R.
Согласно СНиП 2.02.01—83 наибольшая глубина развития области пластических деформаций под краями фундамента не должна превышать z_max = 0,25b. Среднее давление под подошвой фундамента, при котором под его краями в основании формируются области пластических деформаций на глубину z_max = 0,25b, приравнивается к расчетному сопротивлению Р = R.

57. $$$Определение конечных значений осадки и крена фундамента инженерными методами. Расчет деформаций оснований во времени. Расчет деформаций оснований численными методами. – 138

Целью расчета оснований по деформациям является ограничение абсолютных или относительных перемещений такими пределами, при которых гарантируется нормальная эксплуатация сооружения и не снижается его долговечность (вследствие появления недопустимых общих и неравномерных осадок, подъемов, кренов, изменений проектных уровней и положений конструкций, расстройств их соединений и т.п.). При этом имеется в виду, что прочность и трещиностойкость фундаментов и надфундаментных конструкций проверены расчетом, учитывающим усилия, которые возникают при взаимодействии сооружения с основанием.

Деформации и перемещения основания (далее — деформации основания) подразделяются на: осадки, просадки, подъемы и осадки, оседания, горизонтальные перемещения и провалы.

Деформации основания в зависимости от причин возникновения разделены на два

вида:

пер