Определение несущей способности фундаментов мелкого заложения
Давление на грунт под подошвой фундамента мелкого заложения определяют в зависимости от внутренних усилий, действующих на уровне этой подошвы (рис.28).
Рис.28. Схема к расчету несущей способности фундамента мелкого заложения
1 - более нагруженная грань;
2 - менее нагруженная грань.
Среднее
и наибольшее
напряжения в грунте основания под
фундаментом рассчитывают, полагая
фундамент абсолютно жестким:
Если
то несущую способность основания фундамента можно считать обеспеченной.
Здесь:
N, М - нормальная сила и изгибающий момент в уровне подошвы фундамента от заданного сочетания нагрузок, включая собственный вес фундамента и грунта на его уступах;
F - площадь опирания фундамента;
- момент сопротивления площади опирания
фундамента для его более нагруженной
грани;
R - расчетное сопротивление грунта осевому сжатию;
- коэффициент надежности, равный 1,4;
m - коэффициент условий работы, принимаемый для скальных пород и при расчете на дополнительные сочетания нагрузок равным 1,2 а в остальных случаях - 1,0.
Желательно, чтобы распределение напряжений по подошве фундамента было возможно более равномерным, в особенности от постоянно действующих нагрузок. Неравномерность давлений от постоянных нагрузок может вызвать крен сооружения при осадках основания. Чтобы не возникло опасных кренов, в опорах мостов ограничивают величину эксцентриситета е нормальной силы N пределами (см. рис.28):
На нескальных грунтах для
промежуточных опор при учете только
постоянных нагрузок е
0,1·р;
На нескальных грунтах для промежуточных опор, при наиболее невыгодном сочетании постоянных и временных нагрузок е 1,0·р;
На нескальных грунтах для устоев при учете только постоянных нагрузок е 0,8·р;
На нескальных грунтах для устоев, при наиболее невыгодном сочетании постоянных и временных нагрузок:
в больших и средних мостах е 1,0·р;
в малых мостах е 1,2·р;
На скальных грунтах при наиболее невыгодном сочетании постоянных и временных нагрузок е 1,2·р;
Эксцентриситет е от постоянных нагрузок для фундаментов на скальных грунтах можно не проверять.
Здесь эксцентриситет
приложения вертикальной силы относительно
центра тяжести площади опирания
фундамента е = М/N;
радиус ядра сечения площади опирания
фундамента р
=
/F;
где
- момент сопротивления площадки опирания
фундамента для менее нагруженного
ребра. При симметричном фундаменте
=
,
а для прямоугольного фундамента р
= а/6,
где а
- длина стороны фундамента, вдоль которой
действует момент М.
Расчет осадок фундаментов
Определить расчетным путем осадку сооружения можно только приближенно, так как теоретически очень трудно учесть все особенности физико-механических свойств грунтов и условий их залегания в основании.
Для случая, когда основание
состоит из ряда слоев разнородных
грунтов, осадку фундамента определяют
как сумму осадок отдельных слоев под
действием давления, передающегося
каждому из этих слоев. Давление,
передаваемое подошвой фундамента,
распределяется в грунте основания во
все стороны, поэтому по мере углубления
удельное давление, передающееся в
последовательных слоях основания,
уменьшается (рис.29).
Для практических расчетов наибольшее
давление
на различных глубинах z
под прямоугольным фундаментом, передающим
своей подошвой равномерное давление
,
можно определить по формуле
,
где
- коэффициент распределения, зависящий
от отношения
сторон
подошвы фундамента и отношения
глубины заложения к меньшей из этих
сторон.
Рис.29. Схемы к определению осадки фундамента
Определяя величину осадки, надо иметь в виду, что обжатие грунта происходит под действием добавочного давления, равного разнице между давлением подошвы фундамента и действовавшим до его устройства давлением грунта в этом же уровне.
Осадку определяют в такой последовательности.
Определяют вес отдельных
слоев грунта в их естественном состоянии
и строят эпюру давлений р,
действовавших до устройства фундамента
в грунте по его глубине (рис.30). Давление
,
передаваемое подошвой фундамента опоры,
вызывает добавочное (сверх естественного)
давление на основание
,
а на глубине
,
где
- средний удельный вес верхнего слоя
грунта;
- глубина заложения фундамента.
Рис.30. Схемы к определению осадки фундамента
Это добавочное давление на поверхности основания передается нижележащему грунту и постепенно распределяется в нем. Принимая закон распределения, строят эпюру добавочных давлений в последовательных слоях грунта основания (см. рис.30).
Так как естественные давления р в толще грунта основания довольно быстро растут с глубиной и в то же время добавочные давления ах от возведенного сооружения быстро уменьшаются, то для расчета осадки фундамента достаточно учитывать ограниченную толщу основания. Эту толщу, называемую активной зоной, принимают от подошвы фундамента до уровня, где влиянием добавочной нагрузки от сооружения можно пренебречь. Обычно считают, что добавочное давление, меньшее 0,2 естественного, может считаться несущественным. Тогда нижняя граница активной зоны определится таким уровнем:
.
Дальше определяют величину
осадки, подсчитывая ее для каждого
отдельного слоя по среднему давлению
- в слое, его толщине и характеристике
физико-механических свойств грунта.
Приближенно осадка слоя
,
или, точнее
,
где:
- толщина рассматриваемого слоя;
- площадь участка эпюры добавочных
давлений для рассматриваемого слоя;
- модуль деформации грунта данного слоя.
Полная осадка фундамента получается как сумма осадок отдельных слоев грунта в пределах активной зоны, т.е.
,
где 0,8 - практический коэффициент.
Величины модуля деформации грунтов, залегающих в основании, определяют лабораторными или полевыми испытаниями. Лабораторные испытания проводят с образцами, которые берут из грунта так, чтобы не нарушать его структуру. При полевых испытаниях исследуемого грунта (в шурфе или скважине) ставят жесткий штамп, и, постепенно нагружая его, измеряют возникающие осадки. Полевые испытания дают более правильные характеристики реальных свойств грунта.
При отсутствии опытных данных можно воспользоваться следующими ориентировочными значениями модуля деформации :
Крупный песок++++++.++.33-48 МПа;
Средний песок++..+++++...30-42 МПа;
Мелкий песок+++++++++20-35 МПа;
Пылеватый песок+++++..+..10-20 МПа;
Супесь+++++++++.+++10-18 МПа;
Суглинок и глина++++++...+8-45 МПа.
Здесь большие величины относятся к более плотному состоянию грунтов.
Средний удельный вес песчаных
грунтов в естественном залегании
ориентировочно можно принять равным
20 кН/м
,
а глин в тех же условиях 24-25 кН/м
.
Полученная расчетом осадка
(в см) мостовой опоры не должна превышать
1,5
,
где
- длина (в м) меньшего пролета, примыкающего
к рассматриваемой опоре, но не менее 25
м. Кроме того, осадка ограничивается
вызываемыми ею переломами профиля
проезжей части, которые должны быть
меньше допустимых по нормам.