1.3. Основные положения проектирования оснований и фундаментов по предельным состояниям. Виды предельных состояний.

Целью проектирования является выбор такого оптимального решения, которое позволило бы запроектировать надежную и экономичную конструкцию фундамента и его основания. Найти такое решение позволяет принятая методика расчета по предельным состояниям.

В основу положено предположение о том, чтобы усилия, напряжения деформации и перемещения, возникающие в основаниях и элементах конструкций фундаментов зданий и сооружений, были близки к установленным предельным значениям, но не превышали их.

Чем ближе искомое расчетное значение к предельному, тем экономичнее будет проектируемый фундамент, а ограничение расчетных усилий и деформаций предельными значениями позволяет обеспечить необходимую надежность принятого конструктивного решения. Предельные состояния подразделяют на две группы.

К первой группе предельных состояний относятся состояния, приводящие сооружение и

основание к полной непригодности к эксплуатации (потеря устойчивости формы и

положения; хрупкое, вязкое или иного характера разрушение; резонансные колебания;

чрезмерные деформации основания и т.п.).

Ко второй группе предельных состояний относятся состояния, затрудняющие нормальную

эксплуатацию сооружения или снижающие его долговечность вследствие недопустимых

перемещений (осадок, подъемов, прогибов, кренов, углов поворота, колебаний, трещин и

т.п.)

Целью расчета оснований и фундаментов по предельным состояниям должно быть назначение таких размеров и выбор такого конструктивного решения, чтобы в основаниях и элементах фундаментов не возникало ни одного предельного состояния.

1.4. Первая группа предельных состояний.

Целью расчета оснований по первой группе предельных состояний (по несущей способности) является обеспечение необходимой прочности и устойчивости оснований, включая недопущение возможного сдвига фундамента по подошве и его опрокидывания.

К первой группе предельных состояний относятся следующие состояния.

- Потеря устойчивости основания (выпор грунта из-под подошвы фундамента, сползания грунта в откосах, большие горизонтальные перемещения);

- Деформация прогрессирующей ползучести грунтов;

- Резонансные колебания грунтов;

- Вязкое или хрупкое разрушение грунтов;

- Разрушение фундамента, как железобетонной конструкции.

Расчет по первой группе предельных состояний производят только в следующих случаях:

- на основание передаются значительные горизонтальные нагрузки (подпорные стены, фундаменты распорных конструкций и т.д.), в том числе сейсмические;

- сооружение расположено на откосе или вблизи откоса;

- основание сложено медленно уплотняющимися водонасыщенными пылевато-глинистыми и биогенными грунтами;

- основание сложено скальными грунтами.

- при действии на фундамент выдергивающей нагрузкой;

- при проверке устойчивости естественных склонов.

Предельная нагрузка, которую способен выдержать грунт без разрушения, называется несущей способностью грунта.

На несущую способность основания влияют следующие факторы:

• вид нагрузки — вертикальная или наклонная, с горизонтальной составляющей;

• эксцентричность приложения внешней нагрузки относительно центра тяжести площади подошвы фундамента;

• размеры подошвы фундамента;

• форма подошвы фундамента — прямоугольник, квадрат, круг, ленточный фундамент;

• заглубление фундамента в грунт относительно дневной поверхности;

• горизонтальность или уклон по отношению к горизонту плоскости подошвы фундамента (для фундаментов, воспринимающих сдвигающее усилие);

• горизонтальность или уклон по отношению к горизонту дневной поверхности основания вокруг фундамента в пределах области, в которой возможно выпирание грунта из-под фундамента;

• однородность грунтов основания, наличие горизонта подземных вод;

• темп нагружения и другие факторы.

Согласно СНиП 2.02.01—83* несущая способность основания считается обеспеченной при выполнении условия:

где F — равнодействующая расчетной нагрузки на основание; γ_с— коэффициент условий работы, принимается по табл. 8.12; F_u — сила предельного сопротивления (равнодействующая предельной нагрузки) основания; γ_n— коэффициент надежности по назначению сооружения, принимается равным 1,2; 1,15; 1,10 для сооружений I, II и III классов соответственно.

В настоящее время для определения вертикальной составляющей N_u силы предельного сопротивления (несущей способности) основания, сложенного нескальными грунтами в стабилизированном состоянии, используют обобщенную формулу

где b' и l' — соответственно приведенные ширина и длина подошвы фундамента, вычисляемые по формулам

где е_b и е_l — эксцентриситеты приложения равнодействующей нагрузок (рис. 8.13); Nγ, Nq, Nc — безразмерные коэффициенты несущей способности, определяемые по табл. 8.13 в зависимости от расчетного значения угла внутреннего трения грунта I и угла наклона к вертикальной S равнодействующей внешней нагрузки F на основание b уровня подошвы фундамента (рис. 8.14); γ1 и γ'I — расчетный удельный вес грунтов, залегающих в пределах призмы выпирания соответственно ниже и выше подошвы фундамента (при наличии подземных вод учитывается взвешивающее действие воды); d — глубина заложения фундамента, причем при неодинаковой вертикальной пригрузке с разных сторон фундамента значение d принимают соответствующим наименьшей пригрузки,

ζγ, ζq, ζc — коэффициенты формы фундамента.