книги из ГПНТБ / Березанцев В.Г. Расчет прочности оснований сооружений

В заключение отметим, что превышение давления, опреде­ ляемого формулой (63), как это указывалось в § 12, не приво­ дит к выпиранию грунта на поверхность; однако происходит значительное увеличение интенсивности осадки за счет дефор­ маций в слое (й), находящемся в пределах глубины заложения фундамента.

В прощессе взаимодействия нижних областей сдвигов со слоем h при дальнейшем возрастании давления по подошве фун­

дамента величина пригрузки по горизонтальной плоскости аЪ

(рис. 63) постепенно будет возрастать до полной величины уй.

Затем направление действия ее отклонится от вертикали на угол <р. Таким образом, после значительного превышения пре­ дельного давления, получаемого по формуле (63), при весьма

больших осадках фундамента в дальнейшем произойдет выпи­ рание грунта посхеме 1 б, рассмотренной ранее. Однако по­ скольку при переходе через давление Pni интенсивность осадок сильно возрастает, для фундаментов, имеющих относительное за­

глубление более 2, установлен предел, определяемый по схе­

ме 2 а вместо схемы 1 б.

I

111

§ 19. Расчет прочности песчаных оснований под круговыми и квадратными фундаментами глубокого заложения

В случае осесимметричной задачи, решения которой могут

быть строго применены к цилиндрическим круговым столбо­ вым фундаментам и приближенно к квадратным, для определе­ ния предельного давления по схеме 2 а можно воспользоваться

принципиальными положениями, принятыми выше для прямо­ угольных фундаментов. Однако для того чтобы получить вели­ чину интенсивности пригрузки на уровне подошвы фундамента с учетом сил трения, возникающих по поверхности, ограничи­ вающей объем грунта, который находится над областями сдви­ гов основания, необходимо иметь закономерность распределе­

ния горизонтального давления по высоте слоя h (рис. 65). Эта

закономерность в рассматриваемом случае отличается от ли­ нейной, справедливой для плоской задачи.

Экспериментальных и теоретических данных о законе рас­

пределений горизонтального давления грунта по неподвижной цилиндрической поверхности пока еще нет. В первом прибли­ жении для построения эпюры горизонтального давления, вызы­

вающего силы трения вдоль вертикальной цилиндрической гра­ ницы раздела (be, Ь^) в слое h можно воспользоваться резуль­

татами решения осесимметричной задачи, полученной [53] для

предельного состояния. Интенсивность активного давления на податливое вертикальное цилиндрическое крепление, имеющее

радиус /0 (А) = I + 4“) и глУбину h, определяется по следующей

формуле:

112

где

X = 2 tg <р tg -J--4--|-J .

Если изменять h, то можно построить эпюру активного давле­ ния до любого значения высоты слоя h. В соответствии с при­

нятым очертанием линий скольжения (рис. 54) /0 связано с ши­ риной фундамента 6 = 2 а следующей ’зависимостью:

Вводя обозначение

получим формулу для eh в следующем виде:

Площадь эпюры активного давления, которую 'нетрудно под­ считать, разбивая ее на полоски, принимаемые за трапеции,

Окончательное выражение будем иметь в виде!

к? — 4~ — 2£й к! tg ср

(64)

Стоящая в формуле (64) дробь (.множитель перед-у и уЬ)

является функцией только величины угла внутреннего трения.

Применяя формулу (55) при с=0, получим следующее выра­ жение для вычисления предельного давления на круговой фун­ дамент диаметром

(65)

где

Вычисленные для некоторых значений угла внутреннего тре­ ния и относительного заглубления фундамента величины ЛК1

помещены в табл. 11. На ооновзнии таблицы построен график

(рис. 66), по которому удобно находить промежуточные вели­

чины Лк1.

Таблица 11

114

§20. Пути уточнения теоретического метода определения несущей способности свай в песчаных грунтах

Метод определения предельной нагрузки в случае 2 а, изло­

женный в предыдущем параграфе, может послужить основой для уточнения теоретического определения несущей способности некоторых свай в песчаных грунтах.

В § 11 и 12 были описаны особенности характера разруше­ ния оснований в зависимости от величины относительного за­ глубления фундамента. Как уже указывалось, при относитель­

ном заглублении более 3—4 развитие областей сдвигов огра­ ничивается весьма малыми зонами, примыкающими к поверх­ ности уплотненного ядра; при этом траектории движения частиц грунта имеют малый поворот в стороны, в связи с чем установ­ ление критерия прочности основания уже теряет практическую ценность. Однако эти особенности свойственны основаниям под такими фундаментами, при устройстве которых плотность грун­ та основания не увеличивается на глубину, равную или более

ширины фундамента по сравнению с плотностью в естественном состоянии. К подобным относятся все фундаменты, возводимые в открытых котлованах, а также фундаменты, частично (опуск­

ные колодцы) или полностью (кессоны) опускаемые с помощью выемки грунта изнутри.

Не происходит заметного уплотнения грунта и под концами трубчатых и набивных свай, если оболочка погружается одно­

временно с непрерывной разработкой грунтового ядра у конца оболочки (исключение составляют набивные сваи с устройством камуфлетного уширения пяты). Сказанное относится и к свай­ ным фундаментам с большим количеством близио расположен­ ных (на расстоянии 3—-4 d) свай, поскольку при последова­ тельной забивке свай происходит значительное уплотнение

грунта в междусвайном пространстве, и свайно-грунтовый мас­ сив работает, как фундамент глубокого заложения, имеющий размеры в плане, примерно равные размерам ростверка, а глу­

бину, — равную глубине погружения свай; уплотнение же осно­ вания происходит на малую глубину, соразмерную только с диаметром сваи.

В совершенно иных условиях находятся современные свай­ ные фундаменты с .малым числом свай большого сечения, по­

гружаемых молотами или вибропогружателями, даже если

сваи имеют не сплошное, а кольцевое сечение, но если грунт из полости трубчатой сваи удаляется не до конца, в процессе забивки. Такие сваи работают, как одиночные глубокие столбо­ вые фундаменты, вытеснившие в процессе погружения грунт и потому создавшие относительно большую зону уплотнения под подошвой к моменту достижения проектной глубины. В анало­

гичном положении работает грунт под любой одиночной сваей сплошного сечения, погруженной забивкой или вибрацией.

116

Поэтому -если основания ‘фундаментов очень глубокого зало­

жения следует рассчитывать только по деформациям, то при

определении несущей способности одиночных свай, погружение которых 'вызывает уплотнение грунта, наряду с расчетом по де­ формациям, необходимо рассматривать и условия достижения

предельного состояния основания по прочности.

Наличие уплотнения грунта под одиночными сваями указан­ ного выше вида позволяет в первом приближении принять в ка­ честве исходного положения для определения предельного со­ противления грунта под концом сваи схему 2, а, распространив ее в этом случае на значительные величины относительного за­

Втабл. 12 приведены значения коэффициента ЛК1 формулы

(65)для величин относительного заглубления от Ю до 25, ко­

торую, в случае необходимости, можно продлить, пользуясь вы­ ражением Лк) и формулой (64). На рис. 67 помещен график

Однако формула (65) позволяет определить только часть предельного сопротивления под концом сваи, являющуюся след­ ствием пригрузки, возникающей от действия веса окружающего сваю грунта. Пригрузка эта меньше веса столба грунта высотой,

равной глубине погружения сваи; уменьшение происходит. за

117

счет действия сил трения между объемом грунта, расположен­

ным над областью сдвигов в основании, и остальным массивом.

Другая часть предельного сопротивления под концом сваи обусловлена тем, что длинная висячая свая перелает через ко­ нец меньшую часть полной нагрузки; большая часть ее воспри­ нимается трением по боковой поверхности. Трение, действующее

Рис. 67

на объем грунта, расположенный над областью сдвигов, обра­ зующейся у конца сваи, вызывает в этом объеме дополнитель­

ные напряжения. Эти напряжения создают на горизонтальной

плоскости, проходящей на уровне конца сваи, дополнительную

пригрузку.

Таким образом, полная предельная нагрузка на конце сваи определится по формуле, аналогичной (65), при подстановке в

118

нее величины пригрузки, состоящей из двух слагаемых: одного— получаемого по формуле (64) и второго* —равного среднему нщ пряжению, возникающему от действия сил трения по боковой

поверхности сваи. ■ В первом приближении для определения вертикальной со­

ставляющей напряжений, возникающих от сил трения, на уров­ не конца сваи, воспользуемся методом, разработанным инжене­ ром Го-Нин [55] на основании решения, полученного Р. Миндлииым [23] для вертикальной со­ средоточенной силы, действую­ щей внутри упругого полупро­ странства. В результате интегри­ рования напряжений от сил тре­ ния Го-Нин получил следующее выражение для вертикального

нормального напряжения (рис. 68):

°г== 4(1-Гц) |/2,л“3 (“ff?

--_____]\ _ (z-hy

ближенного ’очертания линий скольжения при неравномерной пригрузке горизонтальной поверхности грунта на уровне конца

119

Предельное ‘сопротивление сваи, обусловленное непосред­ ственно трением по боковой поверхности, выражается извест­

ной простой формулой:

Рб = 2^-ah^.

120