3. Определение несущей способности основания

Целью расчёта оснований по несущей способности является обеспечение прочности и устойчивости основания, а также недопущение сдвига фундамента по подошве и его опрокидывания.

По мере загружения фундамента наблюдаются две критические нагрузки: нагрузка соответствующая началу возникновения в грунте зон сдвига и окончания фазы уплотнения, и нагрузка, при которой под нагруженным фундаментом сформировываются сплошные области предельного равновесия, происходит потеря устойчивости грунтов основания и исчерпывается его несущая способность [1], [6].

Начальная критическая нагрузка р_кр соответствует случаю, когда в основании под подошвой фундамента возникает предельное состояние. Эта нагрузка ещё безопасна в основаниях сооружений, так как до её достижения грунт всегда находится в фазе уплотнения.

При нагрузках, меньших начальной критической, во всех точках основания напряжённые состояния допредельные и деформируемость грунта подчиняется закону Гука. Поэтому, для определения начальной критической нагрузки используются решения теории упругости.

Определение р_кр дано в решении В.В. Пузыревского, в котором грунт рассматривается как однородное, изотропное тело.

, (7)

где - усреднённый удельный вес грунта в пределах глубины заложения фундамента;- глубина заложения фундамента;- угол внутреннего трения грунта под подошвой фундамента в радианах;- удельное сцепление грунта под подошвой фундамента.

Давление, равное р_кр или меньше его, рассматривается как безопасное давление на основание.

Строительные правила СП 22.133300 [4] допускают развитие пластических деформаций в краевых участках фундаментов на глубину 0,25 ширины фундамента . Такая нагрузка соответствует расчётному сопротивлению грунта, которое определяется по формуле

, (8)

в которой значения коэффициентов ,иприведены в прил.3.

При увеличении нагрузки на основание сверх р_кр в грунтах основания формируются области предельного состояния, грунты теряют свою несущую способность и развивается незатухающая провальная осадка, сопровождаемая выпором грунта в стороны и на поверхность в случае неглубокого заложения фундамента. Такое состояние недопустимо для любого сооружения. Предельную нагрузку рассчитывают по формуле

, (9)

где ,и- коэффициенты несущей способности грунта основания, зависящие от угла внутреннего трения, приведены в прил. 3;,,и- параметры те же, что и в формуле (7).

В итоге определяется среднее давление под подошвой фундамента р, которое не должно превышать расчётного сопротивления грунта основания R (р<R). Величину среднего давления под подошвой фундамента р определяют по формуле:

, (10)

где N – вертикальная нагрузка на уровне подошвы фундамента, кН (табл. 2); А=l∙b – площадь подошвы фундамента, м². В случае если р>R, необходимо увеличить площадь фундамента, либо уменьшить вертикальную нагрузку на уровне подошвы фундамента N, либо увеличить глубину заложения фундамента d, или заменить основание под фундаментом.