Вопрос №14. Основы расчета гибких фундаментных плит на упругом основании

При расчете гибких фундаментов совместно с грунтовым осно­ванием применяются:

 теория местных упругих деформаций, основанная на гипотезе Винклера-Циммермана;

 теория общих упругих деформаций, основанная на гипотезе упругого полупространства.

Теория местных упругих деформаций основана на гипотезе прямой пропорциональности между давлением и местной осадкой:

                          (1)

где s – упругая осадка грунта в месте приложения давления интенсивностью

p в рассматриваемой точке; k_s коэффициент упругости основания (кН/м³), именуемый «коэффициентом постели».

Из приведенного выражения следует, что осадка поверхности основания возникает только в месте приложения давления pи поэтому модель грунта можно представить в виде совокупности отдельно стоящих пружин (рис.1,а).

В действительности на реальном грунтовом основании пони­жение поверхности наблюдается и за пределами нагруженного участка (рис.1,б), образуя упругую лунку. Кроме того, коэф­фициент постели не учитывает размеров подошвы фундамента и не является постоянной величиной для данного грунта. Как показали исследования, данная гипотеза дает достаточно достоверные резуль­таты для слабых грунтовых оснований.

 

Рис. 1. Деформация поверхности грунта основания: а – по теории местных упругих деформаций; б – по теории общих упругих деформаций

Теория общих упругих деформаций основана на гипотезе упру­гого полупространства, согласно которой основание работает как сплошная однородная упругая среда, ограниченная сверху плос­костью и, бесконечно простирающаяся вниз и в стороны. Дефор­ма­ционные свойства упругой среды характеризуются вели­чиной модуля деформации, который не зависит от величины нагруз­ки под подошвой фундамента, в отличие от коэффициента постели. При нагружении такого упругого основания деформации имеют место не только в месте приложения нагрузки, но и за ее пределами (рис.1,б), что и наблюдается под реальными фундаментами.

Исходными уравнениями деформаций основания в теории общих упругих деформаций являются:

- для случая плоской деформации – решение Фламана

                          (2)

- для случая пространственной и осесимметричной деформации – решение Буссинеска

                             (3)

где s  осадка упругой полуплоскости или полупространства;       сосредоточенная сила для случая пространственной деформации; p погонная полосовая нагрузка для случая плоской деформации:    коэффициент деформируемости полупространства; R, x расстояние до рассматриваемой точки ограничивающей плоскости; D постоянная интегрирования.

Вопрос №15. Статические испытания свай. Определение несущей способности свай по данным статических испытаний. Совместная работа свай в кусте

Метод испытания свай статической нагрузкой позволяет наиболее точно установить предельное сопротивление сваи с учетом всех геологических и гидрогеологических условий строительной площадки

Метод используется либо с целью установления предельного сопротивления сваи, необходимого для последующего расчета фундамента, либо с целью проверки на месте несущей способности сваи, определенной каким-либо другим методом, например, практическим. Проверке подвергаются в среднем до 1% от общего числа погруженных свай, но не менее 2-х. Нагрузка прикладывается ступенями, равными от ожидаемого предельного сопротивления сваи. Каждая ступень выдерживается до условной стабилизации осадки сваи. Осадка считается условно стабилизировавшейся, если ее приращение не превышает 0,1мм за 1 час наблюдения для песчаных грунтов и за 2 часа для глинистых.

По данным испытаний строятся два графика:

Практика показала, что графики испытаний свай делятся на два типа (рис. 1.13б):

• с характерным резким переломом, после которого осадка непрерывно возрастает без увеличения нагрузки, данная нагрузка в этом случае и принимается за предельную;

• с плавным очертанием без резкого перелома, что затрудняет определение предельной нагрузки. В этом случае за предельную принимается та нагрузка, под воздействием которой испытываемая свая получила осадку S:

,

где ζ – переходной коэффициент, комплексно учитывает ряд факторов:

несоответствие между осадкой одиночной сваи и сваи в кусте,

кратковременность испытания (главный фактор) по сравнению с

длительностью эксплуатации здания и т.п., принимается равным ζ=0,2;

S_u,mt – предельное значение средней осадки фундамента проектируемого здания (по СНиП 2.02.01-83^*).

В итоге расчетная нагрузка на сваю по результатам статических испытаний:

,

где γ_с – коэффициент условий работы;

γ_g – коэффициент надежности по нагрузке;

F_u – частное значение, т.е. нормативное значение.

Совместная работа свай в кусте. Если рассматривать свайный куст из висячих свай, то эпюры вертикальных давлений под нижним концом каждой из свай (при расстоянии между сваями – с) будут накладываться друг на друга (см. схему). В результате максимальное давление под нижним концом данной группы свай может превысить величину давления от одной сваи σ₂>σ₁, возрастёт и площадь передачи давления на основание. При расстоянии между свай с > 3d – это влияние уже практически незначительно.

При расположении свай между осями от 3d до 6d грунт между сваями будет находиться в уплотненном состоянии и включается в работу совместно со сваями (см. схему). Такое расположение свай создаёт практически равномерное давление под их нижним концом и способствует увеличению несущей способности. Однако на практике, в целях сокращения объёмов работ по ростверку, стремятся расположить сваи на минимальном расстоянии, т.е. выбирают с=3d, что рассматривается как оптимальная величина.

Следует подчеркнуть, что такой свайный куст будет получать осадку большую по сравнению с одиночной сваей, при условии равных давлений под остриём.