книги / Механика грунтов

лении параллельном линии действия внешнего давления, при­ ближенные расчетные схемы уплотняющих давлений для опре­ деления затухания осадок слоистых грунтов во времени могут быть весьма различны. Рассмотрим главнейшие из них.

Сх е ма а. Если вершина эквивалентной эпюры уплотняю­ щих давлений лежит в слое грунта, водопроницаемость которого

Рис. 247. Расчетные схемы уплотняющих давлений при неоднородных слоистых напластованиях грунтов

меньше водопроницаемости вышележащих слоев, причем на глубине 2Н8 нет прослойков со свободным выходом воды (рис. 247,а), то коэффициент фильтрации определяем по уравнению (213), а затухание осадок во времени рассчитываем по случаю 2 (табл. 46).

Сх е ма б соответствует наличию на глубине 2Н3 водопрони­ цаемого слоя со свободным выходом воды (рис. 247,6). Так как при разной водопроницаемости слоев каждый слой грунта будет отдавать воду в одном направлении — вверх или вниз, то ве­ личину среднего коэффициента фильтрации и в этом случае

определяем по формуле (213), но затухание осадок во времени вычисляем как для основного слоя 0 и за расчетную мощность слоя принимаем Н=Н8.

Сх е ма в. При наличии в толще водопроницаемого слоя зна­ чительно менее водопроницаемого (например, когда в песча­ ном слое залегает прослоек глины), за расчетную толщину по­ следнего при определении среднего коэффициента фильтрации

следует принимать (рис. 247, в). Уплотнение верхней по­

ловины рассматриваемого менее водопроницаемого слоя будет происходить как в случае 0—2, а нижней — как в случае 0—/, причем влияние неравномерности будет прямо противополож­ но и уплотнение всего пласта (так легко можно доказать, на­ пример, по табл. 46) будет происходить так, как если бы рас­ сматриваемый слой был подвергнут равномерному по всей глу­ бине давлению, среднему по величине.

При среднем коэффициенте фильтрации Ат затухание осадок во времени будет эквивалентно случаю 0 (как при равномер­ ном уплотнении), причем расчетной мощностью слоя будет А*/2. При этом местонахождение прослойка по глубине скажется лишь на величине коэффициента фильтрации грунта данного прослойка А/, который должен быть определен по диаграмме водопроницаемости с учетом среднего давления в слое. Также отметим, что при вычислении среднего коэффициента фильтра­ ции к т как в рассматриваемом, так и в других случаях слагае­ мыми, относящимися к слоям песка, в знаменателе формулы (213) можно пренебречь, что практически не скажется на ве­ личине к т.

Сх е ма г. Если водонепроницаемая и несжимаемая порода (скала) или слой грунта, деформациями которого можно пре­ небречь, залегают на глубине, меньшей 2/г^(рис. 247,а), то при вычислении среднего коэффициента сжимаемости а0т для части, приходящейся на несжимаемую породу (для слоя АСк)> следует полагать коэффициент сжимаемости равным нулю, т. е. а0= 0. В этом случае величина полной осадки будет определяться прежней формулой (211); затухание же осадок во времени может быть найдено как в случае распределения уплотняю­ щих давлений по закону трапеции: при фильтрации только

Отметим, что в рассматриваемом случае (схема г) при по­ мощи табл. 40 и 41 представляется возможным определить практически точное значение мощности эквивалентного слоя грунта, а по нему и окончательную стабилизованную осадку фундаментов. Действительно, в этом случае находим

Ь3 = АшФ '

где со/* — коэффициент формы для осадок слоя грунта, залегаю­ щего на несжимаемом основании.

Значения ын для максимальных осадок гибких фундаментов ш0Л и средней осадки жестких фундаментов даны в табл. 40 и 41. Тогда стабилизованная осадка фундаментов в рассматриваемых условиях будет определяться выражением

5[Аи>кь\а0р. (217)

Пример 36. Определить величину полной стабилизованной осадки мас­ сивного фундамента с прямоугольной площадью подошвы размерами Ь ~ ' = 1,6 м и 1=3,2 м при глубине зало­ жения &ф=1,5 м. Фундамент возво­ дится на трехслойной толще грунтов.

Дано: от поверхности до уровня подошвы фундамента объемный вес грунта 7ср =1,8 т/м3. Ниже подошвы

р= 2 кг!см2.

Определим расчетную мощность эквивалентного слоя грунта. При отно­ шении сторон прямоугольной площади подошвы фундамента

По табл. 50 для средней осадки фундамента на слоистом грунте (при р.= =0,3) находим

Л<л)т = 1,6.

Следовательно, мощность эквивалентного слоя грунта будет равна

Н3 = АытЬ= 1,6 -1,6 = 2,56 м;

высота эквивалентной эпюры уплотняющих давлений

И = 2Н3= 2*2,56 = 5,12 м.

Определим величину полной стабилизованной осадки фундамента, для чего предварительно найдем расчетное давление на грунт и величину сред­

него коэффициента относительной сжимаемости слоистой толщи грунта до глубины 5,12 м:

Величина среднего коэффициента сжимаемости по формуле (210) будет

равна

п

2) МоЛ

Подставляя численные значения величин, входящих в выражение для аот> получим

Отметим, что затухание осадок во времени в рассматриваемом примере следует рассчитывать по случаю 2 уплотняющих давлений, при этом расчет­

схематический план которого изображен на рис. 249. Это здание возво­ дилось в 1935 г. в Ленинграде. С начала постройки до 1939 г. велись регу­ лярные наблюдения за осадками его фундаментов. Здание представляет собой четырехэтажное с подвальным помещением кирпичное строение с глу­ биной заложения фундаментов фасадной стены в 1,8 ж.

Грунт на месте постройки состоит из следующих напластований: сверху до глубины 1,8 ж залегает насыпной слой с растительными остатками, далее от 1,8 до 7,1 ж расположен слой пылеватой, насыщенной водой супеси и ни­ же, с глубины 7,1 до 9 ж, — слой суглинка, естественная влажность которого 25,7%. Суглинок подстилается сильносжимаемыми ленточными глинами, за­ легающими с 9 до 13 ж. По среднему гранулометрическому составу лендочные глины представляют собой суглинки с содержанием глинистых ча­ стиц 23,9% при естественной влажности грунта 39,4%.

16,06**

Рис. 249. План фундаментов здания

Из каждого слоя грунта при помощи грунтоноса были взяты образцы естественной структуры, которые подвергли испытанию в лаборатории. Ре­ зультаты лабораторных определений коэффициента пористости, коэффициента сжимаемости и коэффициента фильтрации приведены в табл. 53.

Примем среднее значение коэффициента бокового расширения слоистой

1 В практике расчетов для индивидуальных фундаментов кирпичных зда­ ний, например для фундамента № 2 (рис. 249), мощность эквивалентного слоя обычно определяют как для максимальной осадки.

Тогда мощность эквивалентного слоя грунта по формуле (206) будет равна

Н8 = Ла>06 — 3,86 -1,3 = 5 м .

Мощность слоя грунта, влияющего на осадку, равна

Н = 2Н8= 10 м.

Определим средний приведенный коэффициент сжимаемости слоистой толщи до глубины 10 щ ниже подошвы фундамента. Расстояния от сере­ дины каждого слоя до точки, соответствующей глубине 2 Н3, будут равны:

для первого слоя

5,3 г х= 1 0 — — = 7,35 м\

для второго слоя

1,9 г 2= Ю — 5,3 — — = 3,75 м;

для третьего слоя

23 = — (10—5,3 — 1 ,9 )= 1,4 и.

Коэффициенты относительной сжимаемости для отдельных слоев, соглас­ но данным табл. 53, будут иметь величину:

для первого слоя

0,014 я<п— 1 + е1 1,589 = 0,009 см2!кг\

для второго слоя

0,110

#02 —1 + 0 ,7 2 8 0,064 см2/кг;

Тогда по формуле (210) для среднего коэффициента сжимаемости слои­ стой толщи, подставляя численные значения, получим

Расчетное удельное давление на уровне подошвы фундамента за выче­ том нагрузки от веса насыпного грунта с объемным весом 1,6 т/ж3 и на глубине заложения фундамента № 2 Н ф = 1,8 м. будет равно

р = 1,5 — 0,0016-180 = 1,21 кг/см2.

Затухание осадок во времени в рассматриваемом случае при направле­ нии фильтрации воды вверх, поскольку коэффициент фильтрации грунтов

уменьшается с глубиной (см. табл. 53), следует определять по расчетной схеме а (см. рис. 244). Средняя приведенная высота слоев грунта до глу­ бины 2Н$= \0 м равна

При помощи значений N2, приведенных в табл. 46, легко определится время, соответствующее любой доле от полной осадки. Так, например, для степени осадки {/=0,5, т. е. для времени, соответствующего половине полной осадки, получим, что величина осадки

= V .$ = 0,5* 13,5 = 6,75 см.

По табл. 46 величине 11=0,Ъ соответствует М2=0,24, тогда

* = 1 ,2 1 -0 ,2 4 = 0 ,2 9 года.

Точно таким же путем определено время, соответствующее ряду других значений Ц. Результаты вычислений сведены в табл. 54, по которым начер­ чена кривая затухания осадок фундамента № 2 рассматриваемого здания, причем по горизонтальной оси отложено время в днях от начала наблюде­ ний, а по вертикальной отложена осадка в сантиметрах (рис. 250).

Т а б л и ц а 54

Результаты расчета осадок фундамента № 2

Для приведенного выше здания за осадками его фундамен­ тов велись (наблюдения. Начало наблюдений соответствует вре­ мени возведения фундаментов до цоколя.

Рис. 250. Осадки фундамента № 2, план которого изображен на рис. 249, как функция времени: расчетные (пунктир) и фактические по наблюдениям (сплошная линия)

По полученным экспериментальным данным на рис. 250 сплошной линией начерчена кривая фактических осадок фун­ дамента № 2. Как видно из рис. 250, фактическая осадка фун­ дамента весьма близка к теоретической, полученной путем рас­ чета по изложенному методу. Расхождение между расчетными осадками и фактическими в период постройки легко объяснимы и закономерны, так как ь расчете была принята полная нагрузка на фундамент от начала наблюдений, тогда как фактически на­ грузка возрастала в течение 150 дней, причем точный ход воз­ растания ее неизвестен.

Также отметим, что по произведенному расчету для фун­ дамента № 1 (эквивалентный слой определялся для средней

осадки при ^=0,3) полная стабилизованная осадка оказалась равной: расчетная 11,4 см и замеренная (через 572 дня) 10,1 см.

Таким образом, расчет осадок фундаментов на слоистых напластованиях грунтов по методу эквивалентного слоя и сде­ ланные при его разработке допущения оправдываются резуль­ татами непосредственных наблюдений за осадками сооружений с точностью, достаточной для практических целей.

§6. СРАВНЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ ОСАДОК ФУНДАМЕНТОВ

СДЕЙСТВИТЕЛЬНЫМИ

Постановка наблюдений за осадками сооружений

Установить точность того или иного метода расчета осадок фундаментов можно лишь путем сравнения расчетных осадок с результатами непосредственных наблюдений за осадками фун­ даментов от начала возведения сооружения до полного затуха­ ния осадок.

Результаты наблюдений за осадками сооружений имеют весьма существенное значение для освещения ряда теоретиче­ ских и практических вопросов по основаниям и фундаментам: неравномерности осадок всего сооружения и его частей, вызы­ вающие дополнительные усилия в конструкциях сооружения; правильность принятой величины расчетного давления на грунт и пр. Однако полученные данные наблюдений за осадками со­ оружений лишь тогда могут быть использованы в полной мере, когда наблюдения проводятся по соответствующей методике и сопровождаются необходимыми исследованиями грунтов места постройки. Наблюдения за осадкой сооружений необходимо рас­ сматривать как комплексную задачу, в которую входят соб­ ственно наблюдения, необходимые исследования грунтов и со­ ответствующие расчеты. Наиболее целесообразно проводить на­ блюдения за вновь строящимися сооружениями с момента их возведения.

К моменту организации наблюдений необходимо иметь как минимум следующие сведения о сооружениях:

1)генеральный план расположения сооружений;

2)результаты исследования грунтов (расположение буровых скважин, шурфов, литологические разрезы, результаты проб­ ных нагрузок, если они производились, и данные лабораторных испытаний грунтов);

3)планы и разрезы здания с указанием размеров фунда­ ментов и площади их подошвы;

4)данные о проектной нагрузке на грунт;

5)календарный план производства работ.

имеет полушаровую 'поверхность и защищена от повреждений навинчивающимся металлическим колпаком.

В целях достижения наибольшей точности измерения оса­ док сооружений нивелирование следует проводить по специ­ альным маркам, установленным на фундаментах; часто при­ меняемый тип стенной марки изображен на рис. 252,а. Рекомен­