- •1. Данные по сооружению
- •1.1. Краткое описание объемно-планировочного и конструктивного решения проектируемого объекта
- •1.2. Сбор нагрузок на обрез проектируемых фундаментов
- •Расчет нагрузки на обрез фундамента по оси «2»
- •2. Оценка инженерно-геологических условий
- •Подразделение глинистых грунтов по гранулометрическому составу
- •Подразделение крупнообломочных грунтов и песков по коэффициенту водонасыщения (степени влажности)
- •Подразделение песчаных грунтов по коэффициенту пористости
- •Размеры штампов
- •Определение Ro методом двойной интерполяции
- •Расчетные сопротивления Ro крупнообломочных грунтов
- •Расчетные сопротивления Ro песков
- •Расчетные сопротивления r0 глинистых (непросадочных) грунтов
- •Расчетные сопротивления r0 глинистых просадочных грунтов
- •Расчетные сопротивления r0 заторфованных грунтов
- •Расчетные сопротивления r0 элювиальных крупнообломочных грунтов
- •Расчетные сопротивления r0 элювиальных песков
- •Расчетные сопротивления r0 элювиальных глинистых грунтов
- •Расчетные сопротивления r0 насыпных грунтов
- •Расчетные сопротивления грунтов обратной засыпки r0 для выдергиваемых фундаментов опор воздушных линий электропередачи
- •2.2. Построение инженерно-геологических разрезов
- •Инженерно-геологических скважин
- •Ис. 2.9. Схема к определению инженерно-геологического разреза в сечении
- •3. Выбор типа основания и фундаментов
- •3.1. Определение размеров фундамента мелкого заложения
- •Номенклатура плит ленточных фундаментов.
- •К выбору группы фундаментных плит.
- •Параметры блоков
- •Характеристики блоков из тяжелого бетона
- •Размеры рядовых фундаментов
- •Размеры фундаментов под температурные швы, мм
- •Размеры фундаментов фахверковых колонн
- •А – под отдельно стоящие фундаменты; б – под ленточные фундаменты:
- •Значение коэффициентов и
- •Размеры подколонников, мм
- •3.2. Определение размеров свайных фундаментов
- •Формы и основные размеры свай
- •Условное обозначение армирования свай
- •Параметры свай сплошного квадратного сечения обычной ударостойкости
- •1. – Испытываемая свая; 2. – анкерные сваи; 3. – реперная система;
- •4. – Прогибомеры; 5. – домкрат; 6. – упорная балка
- •3.3. Выбор экономичного типа основания фундаментов
- •Укрупненные показатели затрат на работы, связанные с подготовкой оснований и устройством фундаментов (в ценах 1980 г.)
- •4. Определение размеров и конструирование экономического типа фундаментов
- •5. Расчет оснований по деформациям
- •Предельные дополнительные деформации основания фундаментов реконструируемых сооружений
- •5.1. Расчет осадок фундаментов методом послойного суммирования
- •5.1.1 Расчет осадок фундаментов мелкого заложения
- •2: Б – схема расположения фиктивных фундаментов с указанием знака напряжений σzp,cj в формуле под углом j-го фундамента
- •5.1.2. Расчет свай и свайных фундаментов по деформациям
- •5.2. Расчет осадок фундаментов методом линейного деформируемого слоя конечной толщины
- •5.2.1. Расчет осадок фундаментов мелкого заложения
- •Коэффициент kc
- •5.2.2. Расчет осадок свайных фундаментов методом линейно-деформируемого слоя конечной толщины
- •При расчете осадки свайных фундаментов
- •5.3. Расчет осадок фундаментов методом эквивалентного слоя
- •5.4. Прогноз осадок фундаментов во времени
- •При слоистом залегании грунтов в основании
5.4. Прогноз осадок фундаментов во времени
Вопрос: Каковы предпосылки теории фильтрационной консолидации?
Ответ: Уплотнение грунтов в соответствии с теорией фильтрационной консолидации происходит при следующих предпосылках:
– рассматриваемый слой толщиной h сложен однородным грунтом, полностью насыщен свободной, несжимаемой и гидравлически непрерывной водой;
– скелет грунта представляет собой линейно-деформируемое тело; напряжения, возникающее в нем, мгновенно вызывают его деформации;
– грунт не обладает структурной прочностью, поэтому внешнее давление в момент времени, следующий за моментом приложения нагрузки, полностью передается на воду;
– движение в порах грунта соответствует закону ламинарной фильтрации (Дарси).
Вопрос: Приведите схему к определению осадки слоя грунта во времени при сплошной нагрузке.
Ответ: Схема приведена на рис. 5.8.
Рис. 5.8. Расчетная схема для определения хода развития осадки слоя грунта во времени при сплошной нагрузке
Сразу после приложения нагрузки в грунте на всех глубинах возникает давление, равное p, которое в момент, следующий за моментом приложения нагрузки, будет передано на свободную воду, заключенную в порах грунта (поровую воду). Под действием давления поди будет отжиматься вверх, и в дальнейшем одна часть давления р передастся на воду (рω),другая вызовет в скелете грунта напряжение σz. На глубинах будет соблюдаться равенство
σz + рω = р. (5.33)
Вопрос: Почему непосредственно под подошвой фундамента в любой момент времени Рw = 0?
Ответ: Так как путь фильтрации воды из слоя грунта, примыкающего к поверхности, бесконечно мал, то в этом случае при z → 0 гидравлический градиент будет стремиться к бесконечно большой величине. В связи с этим давление р в этом слое сразу же после приложения будет передано на скелет.
Вопрос: Приведите дифференциальное уравнение одномерной задачи фильтрационной консолидации.
Ответ: С увеличением z путь отжимаемой воды увеличивается и градиент уменьшается. Через некоторый промежуток времени с глубиной все меньшая часть давления будет передаваться на скелет. Пусть к моменту времени t1 напряжения, возникающие в скелете грунта, характеризуются редко заштрихованной эпюрой σz (рис. 5.8). Остальная часть давления рω передается на воду.
Выделим элементарный слой грунта dz на глубине z. В этом слое увеличение расхода воды q равно уменьшению пористости грунта n в отрезок времени dt. Следовательно
q/z = -n/t. (5.34)
Используя законы ламинарной фильтрации и компрессии, представим составленное уравнение после преобразований в виде
(5.35)
где cv – коэффициент консолидации, определяемый по формуле
cv=kf/mvγw. (5.36)
Здесь kf – коэффициент фильтрации грунта; mv – коэффициент относительной сжимаемости грунта; γw – удельный вес воды.
Выражение (5.34) – это однородное линейное дифференциальное уравнение второго порядка в частных производных.
Вопрос: Как определяется осадка поверхности слоя толщиной h за время t?
Ответ: Если известно напряжение в слоепо прошествии времениt от момента загружения, то можно вычислить деформацию слоя, руководствуясь выражением
s = mvz . (5.37)
Осадку поверхности слоя толщиной h за время t найдем, взяв интеграл из этого выражения в пределах от 0 до h.
st=mv. (5.38)
После подставки это выражение значения и интегрирования получим
st = hmvp[1-8/π2(eN+1/9e-9N+…)], (5.39)
где N = (π2cv/4h2)t, (5.40)
здесь h – толщина слоя; t – время от момента загружения.
Вопрос: Что понимают под степенью консолидации?
Ответ: Введем понятие о степени консолидации U, равной отношению осадки во времени st к стабилизированной (конечной) s:
U= st / s . (5.41)
В соответствии с формулой значение U0 при делении выражения (5.39) на выражение (5.30) примет вид
U0 = 1-8/π2(eN+1/9e-9N+…). (5.42)
Здесь индекс «0» означает, что рассматривается степень консолидации для нулевого случая, т.е. осадки поверхности слоя грунта при сплошной равномерно распределенной нагрузке.
Величины U и N функционально связанны. Для каждого значения N можно найти соответствующее значение U и составить таблицу зависимости U и N для тех случаев (табл. 5.8). Приняв по табл. 5.8 значение N и руководствуясь выражением (5.40), легко найти t для данной степени фильтрационной консолидации U, а именно
t=(4h2/ π2cv)N. (5.43)
В таком случае при расчетах задаются степенью консолидации U и получают
st = Uss. (5.44)
По значению U находят значение N (табл. 5.8) и вычисляю t по формуле (5.43). Для случая 0, задавшись рядом значений U, легко определить соответствующие значения st и t и построить график осадки поверхности слоя грунта во времени.
Таблица 5.8
Зависимость значения U и N для трех случаев | |||||||
U |
N |
U |
N | ||||
|
0 |
1 |
2 |
|
0 |
1 |
2 |
0,1 |
0,02 |
0,12 |
0,005 |
0,6 |
0,71 |
0,95 |
0,42 |
0,2 |
0,08 |
0,25 |
0,02 |
0,7 |
1,00 |
1,24 |
0,69 |
0,3 |
0,17 |
0,39 |
0,06 |
0,8 |
1,40 |
1,64 |
1,08 |
0,4 |
0,31 |
0,55 |
0,13 |
0,9 |
2,09 |
2,35 |
1,77 |
0,5 |
0,49 |
0,73 |
0,24 |
0,95 |
2,80 |
3,17 |
2,54 |
Рис. 5.9. Зависимость осадки поверхности слоя грунта от времени, полученная расчетным путем
Вопрос: Расскажите о случаях 1 и 2 уплотняющих давлений.
Ответ: Для рассмотренной одномерной задачи – осадки поверхности слоя грунта при сплошной нагрузке – эпюра уплотняющих напряжений прямоугольная (рис. 5.10,а) что относят к случаю 0.
Рис. 5.10. Эпюры уплотняющих напряжений
Случай 1, когда уплотняющие напряжения увеличиваются пропорционально глубине, т.е. эпюра не имеет вид прямоугольного треугольника с вершиной вверху (рис. 5.10, б), соответствует уплотнению отсыпанного слоя грунта под действием собственного веса.
Случай 2, когда уплотняющие напряжения уменьшаются пропорционально глубине, т.е. эпюрами мест вид прямоугольного треугольника с вершиной внизу (рис. 5.10, в), аналогично эквивалентной эпюре уплотняющих напряжений, принимаемой Н.А. Цытовичем (рис. 5.7) для расчета осадок фундаментов. При этом, как и в случаях 0 и 1, рассматривается только фильтрация отжимаемой вверх воды.
Часто при одномерных задачах ограничиваются этими тремя случаями, так как эпюры более сложных очертаний всегда можно с известным приближением разбить на две эпюры, соответствующие эпюрам указанных случаев.
Вопрос: Как учитывается сложность основания при определении осадки фундаментов вo времени?
Ответ: При слоистом залегании грунтов в пределах сжимаемой толщи возможны различные случаи расчетов осадки фундаментов во времени.
Когда коэффициенты фильтрации слоев отличаются незначительно, ограничиваются осреднением характеристик грунта. Как считает Н.А. Цытович, средние значения коэффициента фильтрации в пределах сжимаемой толщи в указанном случае могут быть установлены но формуле
(5.45)
где ha – мощность сжимаемой толщи (активной зоны); – мощность i-го слоя грунта; – коэффициент фильтрации грунта i-го слоя.
Зная kfт , представим выражения (5.43) и (5.36) в виде
t =[4h2/(π2cvm)/N], (5.46)
cvm = kfт/(mvmγw). (5.47)
где h – путь фильтрация воды; mvm – коэффициент, определяемый по формуле (5.32)
Вопрос: В каком случае используются случаи 0 и 2?
Ответ: При слоистом залегании грунтов направления фильтрации отжимаемой воды зависят от водопроницаемости слоев. Схемы характерных напластований грунтов (рис. 5.11):
Водопроницаемость грунтов по мере увеличения глубины уменьшается, т.е. kf1> kf2 > kf3 (рис. 5.11, а). При таком напластовании затухание осадок во времени приближенно определяют как для случая 2:
Рис. 5.11. Схемы основных направлений фильтрации воды