Вопрос 3 – Строение оснований

Сооружение редко располагается на одном грунте. Обычно в основании залегают несколько типов грунтов (Рисунок 1). Тогда кроме оценки свойств каждого грунта возникает не менее важная задача – схематизация геологического строения основания (это задача курса инженерной геологии).

Различают такие понятия как: инженерно-геологические элементы (однородные части в геологической среде); границы между этими элементами; мощность слоя; линза (внутренне однородное геологическое тело, ограниченное в пределах рассматриваемой области замкнутой поверхностью); жила (внутренне однородное геологическое тело, протяженное и пересекающее другие слои); зона (область перехода от грунтов с одними свойствами к грунтам с другими свойствами).

Среди грунтов, на которых возводятся сооружения, есть несколько характерных типов особенных образований. Строительство на таких грунтах сопряжено со специальными мероприятиями, несоблюдение которых часто приводит к авариям. К таким грунтам относят мерзлые, вечномерзлые, лессовые, набухающие, слабые водонасыщенные глинистые, засоленные, насыпные грунты, торфы, заторфованные грунты. Эти грунты называют структурно – неустойчивыми грунтами.

Грунты всех видов относятся к мерзлым, если они имеют отрицательную температуру и содержат в своем составе лед. Грунты называют вечномерзлыми, если в условиях природного залегания они находятся в мерзлом состоянии непрерывно (без оттаивания) в течение многих лет (трех и более) лет.

Мерзлые и вечномерзлые грунты из-за наличия в них льдоцементных связей при отрицательной температуре являются очень прочными и малодеформируемыми природными образованиями.

При положительной температуре свойства таких грунтов резко меняются. При оттаивании порового льда структурные льдоцементные связи лавинно разрушаются и возникают значительные деформации. Многие виды вечномерзлых грунтов, особенно сильнольдистые глинистые грунты, при этом могут переходить в разжиженное состояние. Поэтому СНиП 2.02.04 -88 «Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах» предусматривает повышенные требования к характеристикам вечномерзлых грунтов при строительстве на них сооружений.

Лекция № 3

Тема: «Наряженное состояние грунтов основания. Определение напряжений в массивах грунтов»

Вопросы:

1 – Основные положения. Расчетная схема взаимодействия сооружения и основания.

2 – Определение напряжений по подошве фундаментов и сооружений.

3 – Определение напряжений в грунтовом массиве от действия местной нагрузки на его поверхности.

4 – Влияние формы и площади фундамента в плане

Вопрос 1 – Основные положения. Расчетная схема взаимодействия

сооружения и основания

Распределение напряжений в грунтовой толще зависит от многих факторов. Прежде всего к ним относятся: характер и режим нагружения массива, инженерно – геологические и гидрогеологические особенности площадки строительства, состав и физико – механические свойства грунтов.

Формирование напряжений в грунтовой толще происходит не мгновенно при приложении нагрузки, а может развиваться длительное время. Это связано со скоростью протекания деформаций и особенно сильно проявляется в пылевато - глинистых грунтах, где процессы фильтрационной консолидации и ползучести развиваются очень медленно.

Под действием собственного веса в массивах грунтов всегда формируется начальное напряженное состояние, оно может осложняться различными геодинамическими процессами. Поэтому напряжения, возникающие в массивах грунтов от действия сооружения, накладываются на уже имеющиеся в нем собственные напряжения. Это приводит к формированию сложного поля напряжений в грунтовой толще.

Определение напряжений в грунте - сложная задача, решаемая с помощью линейной теории упругости. Определенное с помощью теории упругости поле напряжений соответствует конечному, стабилизированному, состоянию грунтов. То есть к моменту времени, когда все деформации, вызванные приложением нагрузок, уже совершились.

При расчетах оснований и фундаментов сооружений используют расчетные схемы (Рисунок 6, а, б).

Рисунок 6 - Схема фундамента и реактивного напряжения по его подошве:

а) схема фундамента и реактивного напряжения по его подошве;

б) расчетная схема передачи нагрузок ниже подошвы фундамента

В расчетной схеме взаимодействия сооружения и основания выделяют из этой системы отдельный фундамент шириной b, заменив воздействие на него сооружения соответствующей комбинацией нагрузок. Тогда под действием этих нагрузок, с учетом веса фундамента Q и грунта на его обрезах G по подошве фундамента возникнут реактивные нормальные напряжения р (х), отражающие силы взаимодействия сооружения, фундамента и грунтов основания.

Поскольку подошва фундамента всегда заглубляется ниже поверхности земли, в уровне подошвы по сторонам от фундамента будет действовать еще некоторое равномерно распределенное напряжение q, соответствующее весу слоя грунта, равного глубине заложения фундамента d. Тогда можно считать, что на основание в плоскости, проходящей через подошву фундамента, действует нагрузка, составленная из эпюры напряжений р (х) в пределах подошвы фундамента и эпюры равномерно распределенного напряжения q (Рисунок 6,б).

Необходимо отметить, что до строительства сооружения в плоскости будущего фундамента уже действуют нормальные напряжения от веса грунта q, поэтому от веса и нагрузок построенного сооружения будут действовать дополнительные напряжения. Они будут равны: р (х) - q. Полные напряжения от всех нагрузок могут быть определены как сумма напряжений от веса грунта, залегающего выше этой точки, и от дополнительной нагрузки под подошвой фундамента р (х) - q.

На практике при расчетах фундаментов используют только схему рисунка 6,а.