Виды деформаций фундаментов и причины их вызывающие
В зависимости от характера развития неравномерной осадки и от жесткости сооружения возникают деформации и смещения сооружений следующих простейших форм: прогиб, выгиб, перекос, крен, кручение, горизонтальные смещения фундаментов.
Прогиб и выгиб (рис. 2.1, а, б) приводят к искривлению сооружения. Такие деформации могут возникать в длинных зданиях и сооружениях, не обладающих большой жесткостью. Иногда на одних участках возникает прогиб, а на других выгиб. При прогибе наиболее опасная зона растяжения находится в нижней части здания, а при выгибе - в верхней.
Рис. 2.1. Фомы деформаций сооружений: а - прогиб; б - выгиб; в, г - перекос; д, е - крен; ж - кручение.
Растягивающие напряжения, появляющиеся в несущих конструкциях, зависят от неравномерной податливости основания и от жесткости сооружения. Чем большей жесткостью обладает сооружение, тем большие усилия при тех же грунтах появляются в конструкциях. В результате прогиб или выгиб уменьшаются.
Перекос (рис. 2.1, в, г) возникает в конструкциях, когда резкая неравномерность осадок проявляется на участках небольшой протяженности при сохранении относительно вертикального положения несущих конструкций. Примером могут служить перекосы в каркасных зданиях.
Крен (рис. 2.1, д, е) - поворот относительно горизонтальной оси - возможен, если основание сооружения загружено несимметрично или имеет несимметричное напластование грунтов относительно его вертикальной оси. Наибольшую опасность представляет крен высоких сооружений (дымовых труб, узких зданий повышенной этажности, имеющих лифты и т.д.). В этом случае крен приводит к развитию существенного дополнительного момента, который, в свою очередь, способствует увеличению крена, что может привести к потере устойчивости высокого сооружения на опрокидывание. Колонны и стены, не связанные жестко с остальными конструкциями, также могут получать крен из-за неравномерностей осадки. Если перемещение их верхней части в горизонтальном направлении исключено, то при развитии неравномерной осадки под отдельным фундаментом в несущих конструкциях (колоннах, перекрытиях и др.) возникают дополнительные усилия, которые определяют при оценке совместной работы конструкций с грунтами основания.
Кручение возникает при неодинаковом крене в двух сечениях сооружения в разные стороны (рис. 2.1, ж). При этом виде деформаций дополнительные усилия развиваются не только в элементах стен, но и в конструкциях перекрытий, которые могут, в частности, подвергаться изгибу в горизонтальном направлении.
Горизонтальные смещения фундаментов возможны, если опирающиеся на них конструкции передают значительные горизонтальные усилия (например, распорные конструкции). Такие смещения могут наблюдаться также при горизонтальной подвижке массива грунтов в случае оползней откосов и выполнения подземных выработок.
В общем случае осадка каждого фундамента может рассматриваться как сумма пяти слагаемых:
S = Sупл + Sразупл + Sвып + Sрасстр + Sэксп,
где Sупл - осадка фундамента в результате развития упругих и остаточных деформаций уплотнения грунтов ненарушенной структуры при увеличении напряжений в основании, а также соседних фундаментов и прилегающих к фундаменту участков; Sразупл - осадка фундамента, связанная с разуплотнением верхних слоев грунтов, залегающих непосредственно ниже дна котлована, из-за уменьшения в них напряжений при его разработке; Sвып - осадка фундамента в результате выдавливания (выпирания) грунта из-под подошвы фундамента в стороны и вверх при развитии зон пластических деформаций; Sрасстр - осадка фундамента, развивающаяся из-за увеличения сжимаемости грунтов в основании при нарушении их природной структуры во время производства работ по устройству фундамента; Sэксп - осадка фундамента, обусловленная просадкой, набуханием, изменениями напряженного состояния или деформативности грунта основания в период эксплуатации сооружения.
Как правило, каждое из слагаемых обуславливает неравномерность осадок фундаментов. Эти неравномерности зависят от двух основных причин: неоднородного напряженного состояния грунтов основания рассматриваемого сооружения и неравномерной сжимаемости грунтов в основании под площадью загружения. При этом неравномерность податливости основания - неоднородность основания оценивается степенью изменчивости сжимаемости слагающих его грунтов.