38. Расчет фундамента по предельным деформациям оснований. Расчет оснований по несущей способности. Расчет прерывистых фундаментов.

Для передачи нагрузки от зданий и сооружений, от оборудований, фундаменты служат для более равномерного распределения давления на основания. Фундаменты бывают мелкого и глубокого заложения. Предельные состояния оснований считаются такие, в результате которых возникают предельные состояния самого сооружения. Основной целью расчета по предельным состояниям являются ограничения усилий и деформаций. По первому предельному состоянию оценивают надежность конструкций из условия недопущения общей потери устойчивости основания. Если оценивают несущую способность по вертикальной составляющей N, то ее проверяют по N_u, то есть NN_u. По первому предельному состоянию расчет производят в следующих случаях:

1. Основание сложено скальными грунтами

2. Если на основания передаются значительные горизонтальные нагрузки, в том числе и сейсмические

3. Сооружения расположены на откосе или в близи откоса

4. Сооружение расположено на медленно уплотняющихся водонасыщенных грунтах (глина)

5. При анкерных фундаментах

В остальных случаях оценка по второму ПС ограничить нагрузки и они будут существенно меньше, если бы их получили по первому ПС. Оценка сооружений на невозможность их опрокидывания является также оценкой по первому ПС. Выполнение основного условия второго ПС: SS_u (1), где S-совместная деформация основания и сооружения, в том числе осадка или относительная разность осадок, S_u –предельная разрешимая деформация. Выполнение условия (1) является основным для второго ПС, а значение S и S_u-обобщенное значение (среднее или максимальное осадка, горизонтальное перемещение, относительная разность осадок). Проверка по второму ПС и оценка его критериев является обязательным, кроме следующих: под величиной S подразумевается конечное стабилизирующаяся деформация, однако расчет по деформациям следует не выполнять, если давление под подошвой не превышает расчетного сопротивления РR₀, а сжимаемость грунтов в пределах здания и сооружения изменяется в ограниченных пределах. Кроме того, расчет по деформациям можно не проводить, если инженерно-геологические условия строительной площадки соответствуют области применения типового проекта.

39. Проектирование оснований по первой группе предельных состояний (по несущей способности)

Опыт строительства некоторых сооружений показывает, что иногда грунты в основании под действием нагрузки, переда­ваемой фундаментом, теряют устойчивость и выдавливаются из-под него в стороны и вверх.

Так, Трансконский элеватор в Канаде дал одним краем осадку более 8 м с выпором грунта из-под фундаментной плиты вверх.

Нарушение устойчивости (прочности) грунтов в основании возможно при передаче фундаментами горизонтальных и выдергивающих сил, при возведении сооружений на нисходящих откосах и при относительно неглубоком заложении фундаментов, в частности при наличии подвалов, а также при возведении фун­даментов на скальных породах. Для обеспечения прочности и устойчивости грунтов в основании его рассчитывают по несущей способности как на вертикальные нагрузки, так и на горизонтальные составляющие (на сдвиг по подошве или с основани­ем). Схема разрушения основания, принимаемая в расчете, в ус­ловиях предельного состояния должна быть статически и кине­матически возможна для данного сочетания воздействий и кон­струкции фундамента и сооружения.

Расчет основания по несущей способности производится по условию

F≤γ_cF_u/ γ_n (9.13)

где F— расчетная сила, передаваемая на основание от основного и особого сочетаний нагрузок; у_с — коэффициент условий работы в зависимости от вида грунтов в основании (от 0,8 до 1); F_и — сила предельного сопротивления основания, определяемая из условия предельного равновесия грунтов в осно­вании или прочности скальной породы по направлению, соответствующему направлению силы F;

у_п — коэффициент надежности в зависимости от класса сооружении (принимается 1,1 ... 1,2).

При нескальных грунтах силу F_и определяют по формулам механики грунтов, полученным для отдельных случаев загружения, исходя из условия предельного равновесия, обусловленного касательными напряжениями во всех точках поверхности сколь­жения, в соответствии с выражением

(9.14)

где c_I и φ_I— расчетные значения соответственно удельного сцепления, кПа, и угла внутреннего трения с учетом коэффициента надежности по грунту; σ_I — нормальное напряжение к поверхности скольжения в точке проверки условия предельного равновесия от действия внешней силы заданного на­правления.

В более общем случае вертикальную составляющую предельной силы, действующей на основание, сложенное нескальными грунтами, в стабилизированном состоянии СНиП 2.02.01— 83 рекомендует определять по формуле

(9.15)

где b’ и l’ — приведенные ширина и длина подошвы фундамента, вычис­ляемые по формулам (9.17); N_γ, N_q, N_c — безразмерные коэффициенты не­сущей способности, определяемые по таблице СНиП; γ_I и γ’_I — расчетные значения удельного веса грунтов, кН/м³, находящиеся в возможной призме выпирания соответственно ниже и выше подошвы фундамента, принимаемые с учетом взвешивающего действия воды на глубинах ниже поверхности подземных вод; d — наименьшая глубина заложения фундамента, считая от проектной отметки поверхности планировки или пола подвала, м; ξγ,ξq,ξc — коэффициенты, учитывающие форму подошвы фундамента:

ξγ = 1 - 0.25/η; ξq = 1 + 1.5/η; ξc = 1 + 0.3/η (9.16)

η = l/b — отношение длины к ширине подошвы фундамента при наличии эксцентриситета

η =l’/b’; когда l’/b’< 1 в формулах (9.16) принимают η = 1.

Значения b’ и l’ определяются по формулам

b’=b-2e_b; l’=l-2e_l (9.17)

где b и l — ширина и длина подошвы фундамента, м; e_b и e_l — эксцентриси­теты равнодействующей силы относительно продольной и поперечной осей подошвы, м.

Последовательность проектирования фундамента

Проектирование оснований и фундаментов состоит из обоснованного соответствующим расчетом выбора типа основания (естественного и искусственного), фундамента (конструкции, типа материала и размеров, мелкого или глубокого заложения), мероприятий по уменьшению влияния деформаций здания или сооружения на эксплуатационную пригодность.

- Проводят изыскания, для установления свойств грунта и его пригодности для эксплуатации;

- Определяют отметку планировки поверхности D_L ;

- Сбор нагрузок на обрез фундамента;

- Оценка инженерно-геологических условий площадки;

- Определение глубины заложения фундамента;

- Определение размеров фундамента;

- Расчет оснований по деформациям;

- Расчёт фундамента по прочности.

40-43. Свайные фундаменты. Основные определения. Классификация свай и свайных фундаментов. Конструкция и условия применения различных видов свай. Теория работы свай – стоек и висячих свай (свай трения).

Сваями называется относительно длинные конструктивные элементы, располагаемые в грунте в вертикальном или наклонном положении, предназначены для передачи нагрузки на лежащие снизу плитные слои грунта

Свайные фундаменты - группа свай, объеденная поверху плитами или балками, называется ростверками.

В зависимости от расположения ростверка фундаменты могут быть с низким, высоким ростверком Свайные фундаменты применяют, когда экономически необоснованно применение мелких ф-тов, глубина котлована больше 5-7м.

Классификация. 1)По особенностям передачи нагрузки на грунт - свая – стойка (нагрузка передается нижним концом или уширением на любые мало сжимаемые грунты).

-Сваи висячие, передающие нагрузку боковой поверхностью.

-Сваи-стойки передают нагрузку нижним концом на любые сжимаемые грунты.

-Сваи-уплотнения (конические, пирамидальные, клиновидне).

-Сваи трения. Нагрузка определяется только трением грунта о боковую поверхность (анкерные сваи).

2)По способу заглубления или устройству свай в грунте.

а) сваи, изготавливаемые заранее, погружаемые в грунт в готовом виде – динамическим сп-ом, - вибропогружением.

б) сваи, сооружаемые в грунте на месте возведения ф-та – буронабивные, - набивные

в) комбинированные

3) По материалу

- деревянные, - ж\б, - стальные,- бетонные,- комбинированные.

Деревянные бывают - цельные, сращенные. Длина свай =4,5…16. Пакетной=20…25 м.

D бревна 18см.

Применяют в водонасыщенных грунтах, где срок службы не ограничен. Вся свая должна находиться в воде.

Металлические сваи служат до 100 лет и более. Недостаток коррозия (защита битумом). Поперечное сечение 0,8м. Изготавливают из цельных сварных труб или прокатных профилей, сваривают встык, усиливают проваркой из 4-х,6-ти накладок, полость заполняют бетоном. Железобетонные набивные разделяют.1)по способу армирования с напряженной и не напряженной арматурой .2)по форме поперечного сечения (квадратные, прямоугольного, круглого, квадратные с круглой полостью, полые. 3)по форме продольного сечения (призматические, цилиндрические, с наклонными боковыми гранями). 4)по конструктивным особенностям . 5)по конструкции нижнего конца (призматические заостренные, с плоским или объемным уширением, полые с открытым или закрытым нижним концом

Сваи-стойки прорезают всю толщу сжимаемых грунтов и опираются на несжимаемый грунт. При загрузке их силой F они практически не получают вертикального перемещения. Между боковой поверхностью сваи и грунтом не может возникнуть трение. Считают, что сваи-стойки передают давление только через нижний конец и работают как сжатые стержни в упругой среде.

Сваи трения (висячие) окружены со всех сторон сжимаемыми грунтами. Под вдавливающей нагрузкой такие сваи перемещаются вниз (получают осадку) и по их боковой поверхности развивается суммарная сила трения F_S. Под нижним концом сваи возникает сопротивление F_p. Сопротивление основания перемещению сваи трения под нагрузкой называют несущей способностью сваи

F_d = F_p + F_S