Розділ 7. Розрахунок осідання основи

7.1. Загальні умови розрахунку осідання основи методом пошарового підсумовування

Цей розрахунок є завершальним в розрахунку фундаментів неглибокого закладання. Попередній підбір розмірів фундаменту ставив за мету визначення такої площі підошви фундаменту, при якій тиск, що передається на несучий шар основи, не перевищує розрахункового опору несучого шару основи, тобто при центральному завантаженні виконується умова р = _mt  R або при позацентровому – p_max = _max  1.2 R. Цим гарантується, що ґрунт основи працює як лінійно-деформоване середовище, а значить, розраховувати осідання можна за формулами, що враховують деформації на прямолінійній частині графіку S = f (p).

Визначаючи осідання, основи потрібно мати на увазі те, що його величина буде такою ж, як і величина осідання фундаменту. При цьому повинна виконуватися умова п.7.6.4 норм [2]:

S = S_f  S_u,

де S – осідання основи, або S_f – осідання фундаменту, величина якого встановлюється за розрахунком;

S_u – величина граничної деформації, яка для окремих типів будівель і споруд визначена з досвіду і приведена в табл.Н.1 додатку Н норм [2] (див. таблицю в додатку 6 посібника).

При можливості проявлення нерівномірних деформацій основи, що приводить до прогину, вигину, перекосу чи крену будівель і споруд додатково повинна виконуватися умова:

або і  і_u,

де – розрахункова величина: перекосу=; прогину (вигину)= =на ділянці будівлі або споруди, де крайні фундаменти, для яких визначалось осіданняS₁ і S₂ (при прогині) чи величині S₁ і S₃, розташовані на відстані L;

і – розрахункова величина крену жорстких будівель і споруд, що визначається за формулою (Д.12) додатку Д норм [2]:

,

де Е і  – відповідно модуль деформації і коефіцієнт поперечної деформації ґрунту основи;

–коефіцієнт, що враховує форму фундаменту та напрям дії моменту (змінюється в межах = 0.07...2.00). Його визначення приведено в додатку Д норм [2];

N = N^II- вертикальне навантаження на підошві фундаменту;

- ексцентриситет;

а – діаметр круглого або сторона фундаменту в напрямку дії моменту.

, і_u – гранична величина відповідно нерівномірної деформації (осідання за звичайних ґрунтових умов) та крену, що приймаються за тією же таблицею додатку 5 посібника.

Для більшості випадків при фундаментах неглибокого закладання (стрічкових, стовпчастих, плитних для розрахунку осідання основи можна використовувати розрахункову схему у вигляді лінійно-деформованого напівпростору з умовним обмеженням глибини стисливої зони Н_с. Цей метод розрахунку S звичайно називають методом пошарового підсумовування. Величина осідання основи при цьому, за класичною схемою, визначається як сума осідань розрахункових шарів, в яких тиск ґрунту відбувається під дією додаткового тиску без можливості бічних деформацій:

,

де  – коефіцієнт, що враховує наближеність розрахункової схеми і приймається для всіх видів ґрунтів постійним і рівним  = 0.8;

n – кількість розрахункових шарів у межах товщини стисливої зони Н_с, товщиною h_i  ¼b (де b  -– ширина підошви фундаменту), яка приходиться на однорідний шар ґрунту (ІГЕ) з модулем деформації Е_і. Верхня границя Н_с співпадає з підошвою фундаменту, а нижня визначається за виконанням умови: _zp = k_zg, де k – для фундаментів шириною b  5 м приймається 0.20;

_zp.i – середнє додаткове напруження в межах і-го розрахункового шару ґрунту, що визначається як:

,

де і– додаткове напруження відповідно: на покрівлі (на глибиніz_i-1) та на підошві (на глибині z_i) цього розрахункового шару.

Додаткове напруження на рівні підошви фундаменту _zp.0 визначається за формулою:

,

де _mt – середнє напруження на підошві фундаменту: (його величина в курсовому проекті визначена при перевірці напружень на підошві фундаменту – тиску на ґрунт основи – для кожного з розрахункових перерізів фундаментів);

_zg.0 – напруження на рівні підошви фундаменту від власної ваги ґрунту (природний тиск), що визначається за формулою:

,

де n – кількість шарів ґрунту (відповідно до інженерно-геологічних вишукувань), що залягають від поверхні до глибини закладання підошви фундаменту d (для перерізу фундаменту, осідання якого розраховується). При цьому потрібно враховувати, що . Величини питомої ваги ґрунту_ІІ.і приймаються з таблиці розрахункових показників відповідних шарів ґрунту.

Для межі кожного розрахункового шару за глибиною z_i, починаючи від підошви фундаменту (), визначають _zp.i з врахуванням величини коефіцієнта розсіювання (затухань) додаткових напружень з глибиною _і:

.

Величини _і приймають (за необхідністю з інтерполяцією) за табл. Д.1 додатку Д норм [2] (див. також таблицю додатку 5 посібника) з урахуванням форми підошви фундаменту (– довжина,– ширина підошви фундаменту) та відносного заглиблення від підошви фундаменту точки (розрахункового шару), що розглядається –. Як правило, для стрічкових фундаментів, незалежно від довжини їх у межах розрахункового перерізу, приймають, тоді як для стовпчастих фундаментів величинурозраховують за фактичними розмірами підошви фундаменту.

Для зручності проведення розрахунків рекомендується приймати . Тоді величинибудуть рівними табличним, а це означає, що інтерполяцію для_і за величиною виконувати не прийдеться.

Розбиваючи основу на розрахункові шари, необхідно контролювати, щоб у межах кожного шару знаходився один вид ґрунту. Якщо ж тут будуть ґрунти двох ІГЕ, цей розрахунковий шар необхідно додатково поділити на два (рис. 41).

Величину напруження від власної ваги ґрунту визначають за формулою:

.

Для загальної оцінки наростання природного тиску з глибиною рекомендується спочатку визначити _zg.i для окремих ІГЕ. Оскільки значення _zg.i використовуються тільки для пошуку нижньої границі стисливої зони, дозволяєтьcя розрахунок цього напруження вести не для всіх розрахункових шарів, а забезпечити їх визначення в зоні, яка визначає умову 0.2_zg.i = _zp.i .

Також потрібно мати на увазі, що для водопроникливих ґрунтів (пісків, супісків і в окремих випадках суглинків – лесовидних, алювіальних і сильно пористих) нижче рівня ґрунтових вод величину _zg.i необхідно визначати з урахуванням їх виважуючого стану, тобто вводити в розрахунок _ІІ^І_і. І, навпаки, на рівні покрівлі водонепроникливого шару ґрунту (глина, суглинок, за винятком тих, що вважаються водопроникливими – див. вище), необхідно додати тиск від шару води: . В межах водоупорного шару величина_ІІ.і враховується без впливу виважування.

Розрахункова схема, позначення та пояснення до методу пошарового розрахунку осідання основи приведені нижче в прикладі.

Розрахунок осідання є обов’язковим для кожного розрахункового перерізу фундаментів. Проте, у випадку близьких розмірів фундаментів, тиску на підошві фундаментів та витриманій геологічній будові і близьких характеристиках ІГЕ, можна обійтись виконанням контрольних розрахунків S для окремих характерних перерізів фундаментів (якщо величина S гарантовано менше S_u). На практиці часто не виконують розрахунок осідань, якщо виконується умова _mt  R, а в основі залягають горизонтальні шари пісків та супісків з коефіцієнтом пористості е   0.65 або щільні суглинки та глини, що не мають ознак особливих. Такі ж розрахунки не виконують і при використанні типових проектів будівель і споруд, якщо ґрунтові умови майданчика задовольняють вимогам до основи, що оговорені типовим проектом.

Сьогодні на практиці в розрахунок величини S за методом пошарового підсумовування внесені зміни (див. зауваження в п.7.3) нижче.