9.2.1. Основные слагаемые осадок фундаментов

В общем случае осадка каждого фундамента может со­стоять из суммы пяти слагаемых:

S = Sупл + Sразупл + Sвып + Sрасстр + Sэкспл, (9.1)

195

где Sупл — осадка в результате развития упругих и остаточных деформаций уплотнения грунтов ненарушенной структуры при увеличении напряжений в основании вследствие нагрузки рассматриваемого фундамента, а также со­седних фундаментов и площадей; Sразупл — осадка, связанная с разуплотне­нием верхних слоев грунта, залегающих непосредственно ниже дна котлована, из-за уменьшения в них напряжений при его разработке и снятия гидро­статического давления; Sвып — осадка в результате выдавливания (выпи­рания) грунта из-под фундамента в стороны и вверх при развитии зон пластических деформации; Sрасстр — осадка расструктуривания, развивающая­ся вследствие увеличения сжимаемости грунтов при нарушении их природной структуры во время производства работ; Sэкспл — осадка, обусловленная из­менениями напряженного состояния или деформативности грунта основания в период эксплуатации здания или сооружения.

Как правило, каждое из слагаемых обусловливает неравно­мерности осадок фундаментов. Эти неравномерности зависят, как считает Р. С. Шеляпин, от двух основных причин: неодно­родного напряженного состояния грунтов в основании рассмат­риваемого сооружения и неравномерной сжимаемости грунтов в основании под площадью загружения. При этом неравномер­ность податливости основания — неоднородность основания — оценивается степенью изменчивости сжимаемости слагающих его грунтов.

9.2.2. Неравномерные осадки уплотнения Sупл

Под воздействием напряжений, превышающих природ­ное давление, грунт деформируется. Деформации развиваются преимущественно вследствие уменьшения объема пор грунта (уплотнения) и искажения формы отдельных частиц или агре­гатов грунта (упругие деформации). Упругие деформации ис­кажения формы обычно во много раз меньше остаточных де­формаций уплотнения. В связи с этим осадки, развивающиеся под воздействием местной нагрузки, называют осадками уплот­нения, хотя в них входят и упругие деформации. Осадки уплот­нения под отдельными частями сооружения обычно неодина­ковы из-за неоднородности основания и неоднородности напря­женного состояния грунтов в основании.

Неоднородность основания обусловливается:

выклиниванием слоев (рис. 9.2, а);

линзообразным залеганием различных грунтов (рис. 9.2, б);

неодинаковой толщиной слоев (рис. 9.2, в);

различием в плотности сложения грунта (неоднородностью самого грунта, рис. 9.2, г);

использованием слоев разных грунтов под отдельными ча­стями сооружения (передача давления от тяжелой части зда­ния на более плотный подстилающий грунт, рис. 9.2, д);

неодновременной консолидацией грунтов в основании под различными частями сооружения (рис. 9.2, е).

Неоднородность напряженного состояния грунтов в основа­нии обусловливается:

196

Рис. 9.2. Причины развития неравно-мерных осадок уплотнения

1 — нагрузка на фундамент; 2 — осадка медленно деформирующегося ойювакия; 3 — то же, при наличии в основании пее-чаной 1 прослойки; 4— эпюры σ_z; 5— на- грузка на фундамент; 6 — осадка фунда­мента во времени; 7 — нагрузка на второй фундамент; 8 — его осадка; 9 — полная загрузка фундамента; 10 — его осадка: 11 — неполная загрузка второго фунда­мента; 12 — его осадка

неодинаковой загрузкой фундаментов, в связи с чем более загруженный фундамент приходится делать большей ширины; однако принятие одинакового давления под подошвой не ис­ключает различия напряженного состояния грунтов в основа- нии (рис. 9.2, ж);

взаимным влиянием загрузки соседних фундаментов, в ре- зультате которого наибольшее воздействие испытывает осно­вание фундаментов, расположенных в средней части равноэтаж-ного здания, меньшее воздействие — основание фундаментов, расположенных по краям, и наименьшее — в углах (рис. 9.2, з);

неодновременной загрузкой фундаментов (рис. 9.2, и);

неполной загрузкой некоторых фундаментов (рис. 9.2, к).

Неодновременная загрузка фундаментов часто происходит при возведении разнотипных несущих конструкций, например при сооружении зданий с несущими наружными стенами и вну- тренними железобетонными колоннами. В таком случае фунда­менты наружных стен получают почти полную загрузку в про­цессе возведения стен; фундаменты колонн в этот период за- гружаются в меньшей степени, поскольку получают большую часть нагрузки от устройства полов, перегородок и установки оборудования. Это создает неоднородность загрузки фунда­ментов.

В качестве примера рассмотрим 5-этажное жилое здание в Ленинграде. В процессе возведения наружных стен их фунда­менты дали осадку, большую осадки фундаментов колонн, и в неразрезных прогонах перекрытий появились трещины с ши­риной раскрытия 1...2 см (рис. 9.3). После полной загрузки перекрытий эти трещины закрылись,

197

Рис. 9.3. Деформации неразрезных прого­нов при отставании загрузки колонн

Аналогичная картина деформаций наблюдалась и в пере­крытиях одного из корпусов табачной фабрики в Ленинграде. Однако появившаяся трещина не закрылась даже в процессе эксплуатации здания. Объясняется это тем, что при расчете учитывалась полезная нагрузка на перекрытия 5 кН на 1 м², фактическая же средняя нагрузка оказалась менее 1 кН на 1 м². Таким образом, неполная загрузка грунтов основания ко­лонн привела к неравномерностям осадки, равным приблизи­тельно 5 см.

Расчетом можно найти размеры фундаментов сооружения, при которых они будут иметь почти одинаковую осадку уплот­нения. Однако трудно гарантировать, что эти фундаменты по­лучат одинаковые осадки во время постройки и в процессе консолидации грунтов.

Разнообразие рассмотренных причин развития неравномер­ных осадок уплотнения свидетельствует, что составление про­гноза осадок сооружения, опирающегося на большое число различных фундаментов, обычно является задачей весьма сложной. Однако в случаях, когда в основании залегают плот­ные грунты и ожидаемые осадки невелики, будет мала и их неравномерность. При наличии в основании сильносжимаемых грунтов решение задачи усложняется. Если возникает сомнение в точности прогноза неравномерностей осадок, приходится либо принимать меры по уменьшению чувствительности несущих конструкций к возможным неравномерностям осадок, либо ис­пользовать в качестве основания более плотные слои грунта, залегающие на большей глубине.