РАСЧЕТ ОСАДОК ОТДЕЛЬНО СТОЯЩЕГО ФУНДАМЕНТА МЕТОДОМ ПОСЛОЙНОГО СУММИРОВАНИЯ

 

Расчет деформаций основания большей частью сводятся к определение осадки в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01-83 Основания зданий и сооружений. Методика расчета представляет следующее.

7.I. Осадка основания s с использованием расчетной схемы в виде линейно-деформируемого полупространства определяет­ся методом послойного суммирования по формуле

где β - безразмерный коэффициент, равный 0,8;

σ_zpi - среднее значение дополнительного вертикального нормаль­ного напряжения в i -ом слое грунта, равное полусумме указанных напряжений на верхней z_i-1 и нижней z_i гра­ницах слоя по вертикали, проходящей через центр подош­вы фундамента;

h_i и E_i - соответственно толщина и модуль деформации i-го слоя грунта;

n - число слоев, на которое разбита сжимаемая толща осно­вания.

При этом распределение вертикальных нормальных напряжений по глубине основания принимается в соответствии со схемой, при­веденной на рис.7.1.

Рис.7.1. Схема распределения вертикальных, напряжений в линейно-деформируемом полупространстве.

DL- отметка планировки; NL - отметка поверхности природного рельефа; FL - отметка подошвы фундамента; WL - уровень подзем­ных вод; В.С- нижняя граница сжимаемой толщи; d и d_n - глубина заложения фундамента соответственно от уровня планировки и по­верхности природного рельефа; b - ширина фундамента; р - сред­нее давление под подошвой фундамента; р₀ - дополнительное давле­ние на основание; (σ_zg и σ_zg0 - вертикальное напряжение от собст­венного веса грунта на глубине Z от подошвы фундамента и на уровне подошвы; σ_zр и σ_zрдополнительное вертикальное напряже­ние от внешней нагрузки на глубине Z от подошвы фундамента и на уровне подошвы; H_с - глубина сжимаемой толщи

Примечание. При значительной глубине заложения фундаментов расчет осадки рекомендуется производить с использованием расчет­ных схем, учитывающих разуплотнение грунта вследствие разработки котлована.

7.2. Дополнительные вертикальные напряжения на глубине Z от подошвы фундамента: σ_zр - по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента, σ_zр.c - вертикали, проходящей через уг­ловую точку прямоугольного фундамента, определяются по формулам

σ_zр = αp₀;

σ_zр.c = αp₀/4, (7.1)

α - коэффициент, принимаемый по табл.1.16 (Приложение 1) в зависимости от формы подошвы фундамента, соотношения сторон прямо­угольного фундамента и относительной глубины, равной: ξ = 2z/b - при определении σ_zр и ξ = z/b- при определении σ_zр.с;

ρ₀= ρ - σ_zg0 - дополнительное вертикальное давление на основание, для фундаментов шириной b≥10 м принимается ρ₀= ρ ;

ρ - среднее давление под подошвой фундамента;

ρ_zg0 вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента (при планировке срезкой принимается ρ_zg0=γ’d, при отсутствии планировки и планировке подсыпкой ρ_zg0=γ’d_n , где γ’ - удельный вес грунта, расположенного выше подошвы, d и d_n - обозначены на рис.1.

7.3. Дополнительные вертикальные напряжения σ_zpa глубине Z по вертикали, проходящей через произвольную точку А (в пре­делах или за пределами рассматриваемого фундамента с дополнитель­ным давлением по подошве, равным р₀) определяются алгебраичес­ким суммированием напряжений σ_zp.cj ; в угловых точках четырех фиктивных фундаментов (рис.7.2) по формуле

(7.2)

Рис.7.2. Схема к определению дополнительных вертикальных напряжений σ_zp.a основания рассчитываемого фундамента с учетом влияния соседнего фундамента методом угловых точек

а - схема расположения рассчитываемого 1 и влияющего фундамента 2; б - схема расположения фиктивных фундаментов с указанием знака напряжений σ_zp.nf в формуле (7.2) под углом J -го фундамента

7.4. Дополнительные вертикальные напряжения σ_zp.nf на глуби­не Z по вертикали, проходящей через центр рассчитываемого фун­дамента, с учетом влияния соседних фундаментов или нагрузок на прилегающие площади определяются по формуле

(7.3)

где k - число влияющих фундаментов.

7.5. Вертикальное напряжение от собственного веса грунта σ_zg на границе слоя, расположенного на глубине Z от подошвы фун­дамента, определяется по формуле

(7.4)

где γ’ - удельный вес грунта, расположенного выше подошвы фундамента;

d_n - обозначение см.рис.7.1;

γ_i и h_i - удельный вес и толщина i-го слоя грунта.

Удельный вес грунтов, залегающих ниже уровня подземных вод, но выше водоупора, должен приниматься с учетом взвешивающего дей­ствия воды.

При определении σ_zg в водоупорном слое следует учитывать давление столба воды, расположенного выше рассматриваемой глуби­ны.

7.6. Нижняя граница сжимаемой толщи основания принимается на глубине z = Н_с , где выполняется условие σ_zp=0,2σ_zg (здесь σ_zp - дополнительное вертикальное напряжение на глубине z = Н_с по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента; σ_zg - вертикальное напряжениеот собственного веса грунта.

Если найденная по указанному выше условию нижняя граница сжимаемой толщи находится в слое грунта с модулем деформации Е < 5 МПа (50 кгс/см ) или такой слой залегает непосредственно ниже глубины z = Н_с, нижняя граница сжимаемой толщи определяется исходя из условия σ_zp=0,1σ_zg .

7.7. Осадка основания с использованием схемы линейно-деформируемого слоя определяется по формуле

, (7.5)

где р - среднее давление под подошвой фундамента (для фундамен­тов шириной b < 10 м принимается р = р₀);

b - ширина прямоугольного или диаметр круглого фундамента;

k_c и k_m - коэффициенты;

п - число слоев, .различающихся по сжимаемости в пределах расчетной толщины слоя Н;

k_i и k_i-1 - коэффициенты, определяемые в зависимости от формы фундамента, соотношения сторон прямоугольного фундамента и относительной глубины, на которой располо­жены подошва и кровля i -го слоя (соответственно и );

Е_; - модуль деформации i-го слоя грунта.

Примечание. Формула (7.5) служит для определения средней осад­ки основания, загруженного равномерно распределенной по ограниченной площади нагрузкой. Эту формулу допускается применять для определения осадки жестких фундаментов.

Примеры расчетов осадок отдельно стоящих фундаментов см. в Приложении IV, V.

 

 

1. НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ СВАЙНОГО ФУНДАМЕНТА МЕТОДОМ ПОСЛОЙНОГО СУММИРОВАНИЯ

 

Свайные фундаменты и сваи, рассчитываемые по пре­дельным состояниям второй группы (по деформациям), должны удовлетворять условию:

s≤s_u, (8.1)

где s – деформация, полученная в результате расчета оснований методами механики грунтов за определенный промежуток времени; s_u – предельно допустимая деформация, определяемая условиями нормальной эксплуатации данного здания и сооружения, устанавливаемая строительными нормами.

Несущую способность сваи-стойки по грунту опреде­ляют по формуле

Ф = γ_сRA, (8.2)

где γ_с— коэффициент условий работы, принимаемый равным 1; A — площадь опирания сваи на грунт; R — расчетное сопротивление сжатию грунта или скальной породы под нижним концом сваи, назначаемое для всех видов забивных свай, опирающихся на скальные породы, крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем и гли­нистые грунты твердой консистенции, равным 20 МПа; для свай-обо­лочек, заполненных бетоном, и для свай-столбов, заделанных в невыветрелый скальный грунт (без слабых прослоек) не менее чем на 0,5 м, определяемое по формуле

(8.3)

здесь R_псж — нормативное временное сопротивление скального грун­та сжатию в водонасыщенном состоянии; γ_g— коэффициент надеж­ности по грунту, равный 1,4; h₃—расчетная глубина заделки свай в грунт; d₃— наружный диаметр сваи, заделанной в грунт.

Несущая способность висячих свай по грунту опреде­ляется двумя составляющими: первая зависит от сопро­тивления грунта под нижним концом сваи, а вторая—от сопротивления грунта по ее боковой поверхности:

(8.4)

где γ_c — коэффициент условий работы сваи в грунте, равный 1; γ_cR и γ_cfi — коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом сваи и по ее боковой поверхности; R — расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи; А—площадь опирания сваи на грунт, принимаемая по площади поперечного сечения сваи; и — наружный периметр поперечного сечения сваи; f_i — расчет­ное сопротивление i-го слоя грунта основания по боковой поверхно­сти сваи; l_i — толщина i-го слоя грунта, прорезываемого сваей.

Расчетную нагрузку, допускаемую на железобетон­ную сваю по материалу, определяют по формуле

N = γ_c( γ_cbR_bA_b+R_scA_s), (8.5)

где γ_c — коэффициент условий работы, принимаемый для свай, изго­товляемых в грунте, равным 0,6; для остальных—1; γ_cb— коэффи­циент условий работы бетона; R_b — расчетное сопротивление бетона сжатию; А_b — площадь поперечного сечения бетонной сваи; R_sc — расчетное сопротивление арматуры сжатию; A_s — площадь арматуры.

Вычисленная по формулам несущая способность сваи в некоторых случаях может существенно отличаться от их несущей способности в реальных условиях строитель­ной площадки, поэтому непосредственно на строительной площадке несущую способность свай проверяют по дан­ным испытаний динамической нагрузкой, статическим зондированием или статической нагрузкой.

При проектировании свайного фундамента из вися­чих свай его условно заменяют массивным жестким фун­даментом, контур которого АБВГ ограничен размерами ростверка, свай и некоторым объемом окружающего грунта (рис.8.1). При расчете предполагают, что нагруз­ка передается на грунт, залегающий непосредственно под плоскостью, проходящей через нижние концы свай.

 

Рис.8.1. К расчету свайного фундамента

При расчете свайных фундаментов из висячих свай должны выполняться требования расчета по второй груп­пе предельных состояний, т. е. среднее давление под по­дошвой условного фундамента не должно превышать расчетного сопротивления грунта R, а осадки не должны превышать допусти­мых. При центрально приложенной нагрузке среднее давление под подошвой условного фундамента определяется из выражения

(8.6)

где п — коэффициент надежности, принимаемый равным 1; N — на­грузка от сооружения на уровне спланированной отметки земли; G₁ — вес свай; G₂ — вес грунта в объеме АБВГ; G₃ —вес роствер­ка; А_усл— площадь условного фундамента, определяемая с помощью осредненного угла внутреннего трения (φ_{II cp}) грунтов, прорезывае­мых сваей:

(8.7)

здесь φ_IIn — угол внутреннего трения n-го слоя грунта; l_n — мощ­ность n-го слоя грунта.

При проектировании свайных фундаментов необхо­димо соблюдать следующие конструктивные требования: расстояние между осями висячих свай должно быть в пределах 3÷6 b (b — ширина квадратной сваи или ди­аметр круглой); расстояние в свету между стволами свай-оболочек должно быть не менее 1 м; минимальное расстояние между осями свай-стоек— 1,5 b; расстояние от края ростверка до внешней стороны сваи при свобод­ном ее закреплении в ростверк принимается при разме­щении свай: однорядном — не менее 0,2 b + 5 см; двух- и трехрядном—0,3 b + 5 см и при большем числе рядов — 0,4 b + 5 см.

Ростверки выполняют из монолитного или сборного железобетона. Высота ростверка назначается согласно расчету на продавливание в соответствии с требования­ми норм проектирования железобетонных конструкций по формуле

(8.8)

где b — ширина или диаметр сваи; N — усилие, приходящееся на од­ну сваю; k — коэффициент, принимаемый равным 1; R_bt — расчетное сопротивление бетона осевому растяжению.

Примеры расчетов несущей способности и осадки свайного фундамента даны в Приложении VI, VII.

 

1. РАСЧЕТ КРЕНА ФУНДАМЕНТА

Фундаменты сооружения получают крен вследствие внецентренного нагружения основания; несимметричной загрузки, окружающей фундамент поверхности грунта, неоднородного напластования грунтов основания.

При внецентренном нагружении фундамента рассматривают раздельно деформации основания от центрально приложенной нагрузки, приводящей к равномерной осадке фундамента, и его поворота от действия момента. Различают два основных случая расчета крена фундаментов или сооружений.

Первый случай - сооружение (несущая конструкция) опирается на отдельный жесткий фундамент. При этом фундамент совместно с сооружением (дымовой трубой, телебашней, водонапорной башней и пр.) поворачивается на определенный угол, тангенс которого называют креном.

Второй случай - жесткое сооружение опирается на несколько фундаментов (бункерные корпуса, здания элеваторов и т.п.). При этом крен сооружения возникает из-за неравномерных осадок отдельных фундаментов. .

А. Первый случай крена фундамента совместно с сооружением (или отдельной его конструкцией).Крен отдельного фундамента i СНиП рекомендует определять по формуле:

, (9.1)

где Е₀ и ν - соответственно модуль деформации, кПа, и коэффициент Пуассона грунта основания (при неоднородном напластовании грунтов значения Е₀ и ν усредняются в пределах сжимаемой толщи Н_с согласно п. 11 прил. 2 СНиП); k_e - коэффициент, принимаемый по табл. 6.14; N_II - вертикальная составляющая равнодействующей всех нагрузок на фундамент в уровне его подошвы; е - эксцентриситет; а - диаметр круглого или сторона прямоугольного фундамента, в направлении которой действует момент; k_m - коэффициент, учитываемый при расчете крена фундамента по схеме линейно деформируемого полупространства (при использовании расчетной схемы линейно деформируемого полупространства k_m = 1).

Коэффициент Пуассона ν в указанном расчете СНиП рекомендует принимать равным длягрунтов: крупнообломочных - 0,27; песков и супесей - 0,30; суглинков - 0,35; глин - 0,42.

Для круглых фундаментов крен:

, (9.2)

где r - радиус фундамента, м; остальные обозначения те же, что в формуле (9.1).

Если крен фундамента обусловлен неравномерным напластованием грунтов или неравномерной загрузкой прилежащих к фундаменту площадей, то его находят по формуле:

, (9.3)

где s₁ и s₂ - осадки, подсчитанные около противоположных краев фундамента; L­ - расстояние между точками, в которых определялись осадки.