5. Определение деформаций основания

5.1. Расчет оснований по деформациям производится, исходя из условия:

S≤S_u (5.1)

где: S – осадка фундамента (деформация основания) сооружения, определяемая расчетом;

S_u – предельно-допустимое значение осадки фундамента (деформации основания), величина которой зависит от конструктивной жесткости сооружения и назначается в соответствии с Прил. И, ДБН В.2.1-10-2009.

5.1. Определение осадки фундаментов методом послойного суммирования

5.1.1. Расчет осадки выполняется методом послойного суммирования, используя расчетную схему основания в виде линейно–деформируемого полупространства с условным ограничением глубины сжимаемой толщи Н_с.

5.1.2. Осадка фундамента, S, определяется по формуле:

S= , (5.2)

где: β – безразмерный коэффициент, равный 0,8;

σ_zp,i – среднее значение вертикального нормального напряжения от внешней нагрузки в i-ом слое грунта на вертикале, которая проходит через центр подошвы фундамента;

h_i - толщина i-ого слоя грунта, которая принимается не больше 0,4 ширины фундамента;

n – число слоев, на которое разбита сжимаемая толща основания;

σ_zγ,i – среднее значение вертикального напряжения от собственного веса грунта, извлеченного из котлована, в i-ом слое грунта, которая проходит через центр подошвы, на глубине z от подошвы фундамента.

E_i- модуль деформации i-го слоя грунта за веткой траектории первоначального нагружения;

E_е,i- модуль деформации i-го слоя грунта за веткой траектории вторичного нагружения (модуль упругости);

E_i и E_е,i определяются в пределах действующих нагрузок от собственного веса грунта и здания.

При глубине котлована менее 5,0м расчет осадки выполняется по формуле 5.2, но без учета второй ее части.

5.1.3. Для определения осадки составляется расчетная схема (рис.5.1), на которой приводятся:

а) геологический разрез, с необходимыми для расчета параметрами основания в масштабе М 1:50;

б) поперечное сечение фундамента «b» с принятой глубиной заложения его подошвы «d_n».

5.1.4. Вдоль центральной оси z строятся три эпюры.

Слева:

- вертикальное напряжение от собственного веса грунта к началу строительства от отметки природного рельефа (σ_zg), или вертикальное напряжение от собственного веса с учетом планирования поверхности грунтового основания подсыпкой, или срезкой (σ'_zg);

- вертикальное напряжение от собственного веса грунта, вынутого из котлована (σ_zγ).

Справа:

- вертикальное напряжение от внешней нагрузки (σ_zр).

5.1.5. График напряжений от собственного веса грунта к началу строительства σ_zg строится от отметки естественного рельефа, σ'_zg - от поверхности подсыпки или срезки. Его ординаты определяются на отметках подошвы каждого слоя σ_zg,i и подошвы фундамента σ_zg,0, σ'_zg,0. Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на глубине z от подошвы фундамента и на уровне подошвы с учетом планирования поверхности грунтового основания подсыпкой (или срезкой) определяются по формуле:

σ_zg,i=γ'd_n+Σγ_ih_i (5.3)

где: γ' - удельный вес грунта, расположенного выше подошвы фундамента, кН/м³;

d_n - глубина заложения подошвы фундамента от поверхности естественного рельефа, м;

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

5.1.6. График напряжений от собственного веса грунта вынутого из котлована, образованный от естественного рельефа на глубине z (σ_zγ) строится от подошвы фундамента. Его ординаты определяются на отметках подошвы каждого слоя σ_zγ,i по формуле:

σ_zγ=α_кσ_zg,0 (5.4)

где: α_к - коэффициент, который принимают по таблице 5.1 в зависимости от относительной глубины, которая равняется ξ=2z/В_к;

σ_zg,0 - вертикальное напряжение от собственного веса грунта, на отметке дна котлована, на уровне подошвы фундамента, кПа.

5.1.7. Удельный вес грунтов, представленных песками и/или супесями, расположенных ниже уровня подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды.

γ_sb=(γ_s-10)/(1+е)

На кровле водоупорного слоя к ординате эпюры напряжений от собственного веса добавляется ордината напряжения от гидростатического давления воды, которая определяется по формуле:

σ_z,w=γ_w·h_w

где: γ_w - удельный вес воды 10кН/м³;

h_w - мощность водоносного слоя, м.

5.1.8. График вертикального напряжения от внешней нагрузки (σ_zр) строится справа от оси z с началом координат на отметке подошвы фундамента. Для построения графика (эпюры) грунтовую толщу, ниже подошвы фундамента делят на слои равной толщины, мощностью h_i=0,4b (b - ширина фундамента). Напряжение на отметке кровли каждого слоя определяется по формуле:

σ_zр,i=α·р (5.5)

где: α_к - коэффициент затухания напряжений по глубине. Определяется по таблице 5.1 в зависимости от ξ и η. ξ=2z/b и η=l/b, l и b - ширина и длина подошвы фундамента, м;

р - среднее давление под подошвой фундамента, кПа;

σ_zg,0 - напряжение от собственного веса грунта на глубине подошвы фундамента, кПа.

Рис. 4.1. Расчетная схема для определения осадки фундамента методом послойного суммирования

DL - отметка планировки подсыпкой (или срезкой); NL - отметка поверхности естественного рельефа; FL - отметка подошвы фундамента; WL - отметка уровня подземных вод; ВС - нижний предел сжимаемой толщи; d и d_n - глубина заложения фундамента, соответственно от уровня планирования и поверхности естественного рельефа; Н_с - глубина сжимаемой толщи;

b - ширина фундамента; В_к - ширина котлована; р - среднее давление под подошвой фундамента.

Значение коэффициента α

Таблица 5.1

ξ=2z/b	Коэффициент α для прямоугольных фундаментов с соотношением сторон η = l/b, равным				Ленточный фундамент
	1.0	1.4	1.8	2.4	l/b≥10
0	1.000	1.000	1.000	1.000	1.000
0.4	0.960	0.972	0.975	0.976	0.977
0.8	0.800	0.848	0.866	0.876	0.881
1.2	0.606	0.682	0.717	0.739	0.755
1.6	0.449	0.532	0.578	0.612	0.642
2.0	0.386	0.414	0.463	0.505	0.550
2.4	0.257	0.325	0.374	0.419	0.477
2.8	0.201	0.260	0.304	0.349	0.420
3.2	0.160	0.210	0.251	0.294	0.374
3.6	0.131	0.173	0.209	0.250	0.337
4.0	0.108	0.145	0.176	0.214	0.306
4.4	0.091	0.123	0.150	0.185	0.280
4.8	0.077	0.105	0.130	0.161	0.258
5.2	0.067	0.091	0.113	0.141	0.239
5.6	0.058	0.079	0.099	0.124	0.223
6.0	0.051	0.070	0.087	0.110	0.208
6.4	0.045	0.062	0.077	0.099	0.196
6.8	0.040	0.055	0.069	0.088	0.185
7.2	0.036	0.049	0.062	0.080	0.175
7.6	0.032	0.044	0.056	0.072	0.166
8.0	0.029	0.040	0.051	0.066	0.158
8.4	0.026	0.037	0.046	0.060	0.150
8.8	0.024	0.033	0.042	0.055	0.143
9.2	0.022	0.031	0.039	0.051	0.137
9.6	0.020	0.028	0.036	0.047	0.132
10.0	0.019	0.026	0.033	0.043	0.126
10.4	0.017	0.024	0.031	0.040	0.122
10.8	0.016	0.022	0.029	0.037	0.117
11.2	0.015	0.021	0.027	0.035	0.113
11.6	0.014	0.020	0.025	0.033	0.109
12.0	0.013	0.018	0.023	0.031	0.106

По полученным значениям строят эпюру вертикальных напряжений от дополнительного давления.

5.1.9. Осадка фундамента происходит в результате уплотнения грунта в пределах зоны сжатия, нижний предел сжимаемой толщи основания принимают на глубине z=Н_с, где выполняется условие: σ_zр=кσ_zg, где: а) к=0,2 при b<5м; б) к=0,5 при b>20м; в) при 5<b<20м к определяют интерполяцией.

σ_zg, σ_zр - определяются по формулам 5.3, 5.5. При этом глубина сжимаемой толщи не должна быть меньше b/2 при b<10м и (4+0,1b) при b>10м.