книги из ГПНТБ / Ушкалов, В. П. Строительство в условиях пучинистых и слабых грунтов Севера

П о у с т о й ч и в о с т и производится расчет в случаях, если на основание передаются регулярно действующие горизонталь­ ные нагрузки в основном сочетании (подпорные стенки и др .); основания ограничены идущими вниз откосами, фундаменты — на действие сил пучения.

По второму предельному состоянию (по деформациям) рас­ считываются основания всех зданий и сооружений, за исклю­ чением сложенных скальными грунтами, а также малосжимаемыми грунтами в случаях, оговоренных выше; фундаменты или их элементы — в случаях, когда это требуется нормами конструкций из соответствующих материалов.

Расчет по первому предельному состоянию производится по расчетным нагрузкам, а по второму — по нормативным. Для упрощения расчета по второму предельному состоянию разре­ шается определять суммарную нормативную нагрузку на осно­ вание по усилиям от расчетных нагрузок путем деления по­ следних на осредненный коэффициент перегрузки, равный 1,2. При расчете конструкций с учетом деформаций основания по­ следние должны определяться из условия совместной работы конструкций и основания. При проектировании и расчете зда­ ний и сооружений требуемая надежность и необходимая гаран­ тия от возникновения предельных состояний конструкций и оснований обеспечивается учетом условий и особенностей дей­ ствительной работы конструкций и оснований, а также выбором расчетных схем и предпосылок расчета. Расчет по второму пре­ дельному состоянию может не производиться, если практикой или опытной проверкой конструкций установлено, что жест­

где N — заданная расчетная нагрузка на основание в наиболее невыгодной комбинации; Ф — несущая способность основания для данного направления нагрузки N. Несущая способность (прочность) основания определяется по формуле

и коэффициент условий работы. Значение коэффициента к при­ нимается равным 0,8, а пг=0,9. R " — нормативное давление на грунты основания, кГ/см2, определяемое, согласно СНиП Н-Б. 1— 62 [16], следующим образом:

на крупнообломочные:

30

на глинистые:

Величина Ф для оснований из глин и суглинков текучеплас­ тичной и текучей консистенции должна определяться с учетом нестабилизованного состояния грунта в процессе возведения со­ оружения вследствие отжатия под нагрузкой воды, заполняю­ щей поры грунта.

Согласно п. 5.31 СНиП И-Б. 1— 62, несущая способность (устойчивость) грунтов основания определяется образованием поверхности скольжения под всей подошвой сооружения. При этом принимается, что нормальные п касательные напряжения а и т по всей поверхности скольжения достигают значений, соответствующих предельному равновесию, определяемому по формуле (уравнение Кулона)

где ф — расчетный угол внутреннего трения грунта; с — расчет­ ное удельное сцепление глинистого грунта или расчетный па­ раметр линейности песчаного грунта, принимаемые как со­ противление сдвигу, обусловленное силами связности между частицами грунта. Для ориентировочных расчетов значения ве­ личин с и ф могут приниматься по табл. 10 и 11.

31

РАСЧЕТ ОСНОВАНИЙ ПО ДЕФОРМАЦИЯМ

Деформации основания характеризуются:

а) абсолютной осадкой отдельного фундамента; б) средней осадкой здания или сооружения, определяемой

по данным абсолютных осадок не менее нем трех отдельных фундаментов, расположенных в пределах здания или сооруже­

ляется ограничение дефор­

маций иадфундаментных конструкций (происходящих в резуль­ тате осадок грунтов) такими пределами, которые гарантируют

от появления недопустимых для нормальной эксплуатации кон­ струкций трещин и повреждений, а также изменения проект­

ных уровней и положений.

Расчет оснований но деформациям производится по формуле

где S — величина деформации основания, определяемая расче­ том; SDр — предельная величина деформации, определяемая со­

гласно нормам.

Расчетная схема распределения давления на горизонталь­ ных сечениях в грунте ниже подошвы фундамента принима­ ется в соответствии с рис. 3. В этой схеме приняты следующие

обозначения:

b и I — соответственно меньшая и большая стороны прямо-

32

угольной подошвы фундамента, см (I на рис. 3 не обо­

сти природного рельефа, см; р — среднее фактическое давление на грунт под подошвой

фундамента от нормативных нагрузок, не превышаю­ щее нормативного давления R н, кГ/см2;

р6— природное (бытовое) давление в грунте на отметке подошвы фундамента, кГ/см2 (давление от веса грун­ тов, лежащих между отметками подошвы фундамента и природного рельефа);

(кГ/см2) в горизонтальном сечении, расположенном на глубине z ниже подошвы фундамента, определяемое по

грунте, учитывающий форму подошвы фундамента, а опреде­ ляется по табл. 13 в зависимости от т = — и п— —.

Сжимаемая толща основания для фундамента (с заданными размерами в плане, глубиной заложения и установленным дав­ лением от нормативных нагрузок на грунт) принимается при определении величины деформаций основания S до той глуби­ ны z' ниже подошвы фундамента, на которой удовлетворяется условие

с точностью до ±0,05 кГ/см2.

Определение величины осадки отдельных фундаментов или фундамента с учетом влияния давлений в основании, вызван­ ных нагрузкой от соседних фундаментов, проводится в следую­ щем порядке:

а) контуры фундамента наносятся на геологический разрез основания;

б) основание фундаментов разделяется на горизонтальные слои, однородные по сжимаемости, толщина которых не долж­ на превышать 0,4 минимальной ширины рассчитываемых фун­ даментов;

в) по расчетной схеме, приведенной на рис. 3, вычисляются нормальные давления ph возникающие на границах выделен­ ных слоев основания;

ления в грунте как упругоуплотненном изотропном теле бесконечной толщины, согласно принятому в СНиП П-Б. 1— 62.

где п — число слоев, на которые разбита сжимаемая толща ос­ нования; pi — полусумма вертикальных нормальных давлений, кГ/см2, возникающих на верхней и нижней границах г-го слоя от давления, передаваемого фундаментом, р-, вычисляются по. формуле (44). Если в пределах сжимаемой толщи грунты одно­ родны или приведены к среднему с модулем Еср, величина нор­ мального давления определяется как рср и величина осадки принимается по формуле

ПРИМЕР РАСЧЕТА ОСАДКИ ФУНДАМЕНТА

Требуется определить осадку фундамента с размерами сто­

34

по табл. 11 £' = 80 кГ/см2; 2) до отм. —4,3 м суглинок аллювиальный, влажный, ту-

5 = 0 ,6 ; по табл. 12 £ = 7 3 кГ/см2.

Бытовое давление на уровне грунтовых вод Рб = 0,18-1,0= =0,18 кГ/см2; на уровне подошвы фундамента: на отм. — 2,0 м

этом уровне р^0,2 рб; 0,68-0,59=0,2-0,59, т. е. эта отметка является границей сжимаемой толщи.

Схема распределения давления под фундаментом показана на

+2 ' li3U70 —

Т а б л и ц а 14

Величины давлений на горизонтальных сечениях в грунте

(47), исходя из выражения (34):

Ei = ± .

1 а.

г

Для супеси а ,= (0,007-0,9-0,97 + 0,004) =0,01,

^ = (Щ = 80 кГ/см*.

Для суглинков а ,= (0,006-0,85-0,83+0,007) =0,011,

0,8

Ei = 0,011 = 73 кГ/см2.

Здесь 0,9 и 0,85 — переходные коэффициенты от е, к ео,- соот­ ветственно для супеси и суглинка. Подставим эти величины в формулу (47). Получим

ПРЕДЕЛЬНЫЕ ВЕЛИЧИНЫ ДЕФОРМАЦИЙ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

При возведении сооружений на сжимаемых грунтах необхо­ димо предвидеть, что возникнут осадки сооружений. По Б. Д. Васильеву [2], для жилых домов массового строительства грунты оснований можно считать малосжимаемымп при сред­

оценка условна, так как средние равномерные осадки, как бы велики они ни были, не будут вызывать дополнительных уси­ лий в элементах сооружений. В практике строительства извест­ ны равномерные средние осадки 40— 50 см, а старых зданий — до 70 см, причем не нарушалась прочность и устойчивость здания и дополнительных усилий не возникало. Но так как грунтовый массив основания может быть неоднородным (в за­ висимости от размеров здания), то, помимо средних осадок, необходимо знать максимальные и минимальные отклонения от

36

Т а б л и ц а 15

Предельные величины деформаций основания фундаментов зданий и со­

Примечание. I — расстояние между осями фундамента; I, — длина из­

гибаемого участка стены; 12— пролет подкранового пути; h — пролет моста крана.

йих в пределах здания. Эта неравномерность количественно оценивается величиной коэффициента изменчивости сжимае­ мости основания а 0, представляющего собой отношение ^макс/^минКоэффициент ао практически может иметь значения от 1,3 до 3.

П р и м е р. При допущения средней осадки от 10 до 30 см найдем допустимое сочетание значений бср, Еср и ао при тол­ щине сжимаемой зоны Н = 10 м и среднем давлении в основа­

37

Следовательно, чем больше модуль деформации грунта Е, тем большая неоднородность грунтов основания, характеризуе­ мая величиной ао, может быть допущена.

Изучение деформаций зданий и сооружений на сжимаемых основаниях позволило установить зависимость максимальной и минимальной осадок от средней осадки порядка ±5 0 % для промышленных зданий и ±3 5 % для гражданских зданий. Ана­ лиз материалов наших натурных наблюдений показал, что де­ формации зданий и сооружений (перекосы, крены) увеличи­ вались с ростом средней осадки до 30 см; при дальнейшем из­ менении средней осадки 'заметного увеличения перекосов не наблюдалось. Указанное обстоятельство характерно для зави­ симости между средними осадками сооружений н их перекоса­ ми. В настоящее время средние предельные осадки оснований и фундаментов и предельные величины их деформаций огра­

ПРИЕМЫ УСТРОЙСТВА СООРУЖЕНИЙ ПРИ ПОВЫШЕННЫХ ДЕФОРМАЦИЯХ ОСНОВАНИЙ

Для зданий на сжимаемых грунтах, если ожидаемые осад­ ки превышают предельные значения, указанные в табл. 15, 16, можно применять различные приемы устройства фундаментов и сооружений.

38

Использование жесткости сооружений. Абсолютно жесткое сооружение является жестким штампом, при обжатии грунта под его фундаментом не будет деформации изгиба, а будет только осадка и, возможно, некоторый поворот, крен, не вы­ зывающий дополнительных усилий в фундаментах и конст­ рукции. К таким сооружениям относятся дымовые трубы, водо­ напорные башни, силосные корпуса, т. е. здания башенного типа небольших размеров в плане, отдельно стоящие или раз­ деленные осадочными швами на отсеки длиною не более 1,5 Я, на перекрестных ленточных или плитных фундаментах со стальными, железобетонными и крупноблочными несущими кон­ струкциями. Практика строительства показала, что такого рода здания (большой жесткости) выдерживают осадку до 50 см и более без значительных деформаций в течение длительного периода эксплуатации.

Многоэтажные кирпичные жилые и общественные здания и крупнопанельные здания прп возведении на снльносжимаемых грунтах также могут быть выполнены по жесткой схеме. Для повышения их жесткости здания разделяются на отсеки длиной не более 1,5 Я, а для крупнопанельных зданий — не более 20 м. Рекомендуется придавать зданиям простые очерта­ ния в плане, избегать при планировке входящих углов. При сложных очертаниях здания разделяются на отсеки простой формы. Продольные и поперечные стены следует располагать симметрично относительно главных осей здания (отсека); внутренние стены, как правило, делать сквозными на всю ши­ рину или длину здания; но допускать изломов стен в плане; располагать поперечные несущие стены в жилых зданиях на расстоянии не более 6 м, в промышленных — 12 м. Высоту в пределах отсека рекомендуется делать одинаковой. Проемы следует принимать по возможности одинаковыми н размещать их равномерно. Ширина проемов не должна превышать 2,5 м, цри большей ширине проем окаймляется железобетонной рам­ кой. Ширина простенков должна быть не менее 0.8 м. Следует избегать местных ослаблений стен в виде ниш, штраб и т. д. Осадочные швы должны разделять смежные отсеки зданий н сооружений по всей высоте, включая фундамент.

Фундаменты зданий на сжимаемых грунтах могут быть в виде сплошных плит, перекрестных лент или столбчатыми; выполняются монолитными и сборными. При сборных фунда­ ментах по верху подушек по всему периметру стен в слое раст­ вора марки 50 следует укладывать продольную арматуру из стержней диаметром 8— 10 мм, связанных поперечными стерж­ нями диаметром 6 мм. Кроме того, часто делается железобетон­ ный пояс по верху фундаментов. При столбчатых фундаментах рапдбалки должны быть монолитно связаны со столбами и надфундаментной конструкцией, а также между собой но длине в пределах отсека.

39