особливостей. Проте їх упровадження в практику будівництва утруднене високою технічною складністю необхідного обладнання, значною вартістю матеріалів, які застосовують. У таблиці 12.1 подано класифікацію фундаментів і штучних основ згідно з наведеними вище принципами.

12.2. ПРИНЦИПИ ПРОЕКТУВАННЯ ОСНОВ ЗА ГРАНИЧНИМИ СТАНАМИ

При передачі навантаження на основу, складену одним чи кількома дисперсними ґрунтами, виникають її деформації і як наслідок осідання фундаменту. Осідання можуть досягати значних величин, неоднакових у межах споруди. Нерівномірність осідання може викликати напруження, не передбачені розрахунком, і руйнування конструкцій споруди. У певних умовах, а саме в скельних нестисливих ґрунтах чи, навпаки, в слабких водонасичених ґрунтах, через уповільнений процес ущільнення під навантаженням може статися повна втрата стійкості у вигляді випирання (зрушення) ґрунту з-під фундаменту. При цьому виникнуть провальні деформації, які призведуть до руйнування споруди.

Практика показує, що для більшості основ фундаментів граничний стан настає або за деформацією, або за стійкістю (міцністю). У цьому зв’язку проектування основ ведеться в загальному випадку за двома групами граничних станів: друга група – за деформаціями розраховують усі основи, складені нескельними ґрунтами; перша група – за стійкістю розраховують основи фундаментів: споруджуваних без або з частковим вийманням ґрунту; що виготовляються у відкритих котлованах з основами, складеними слабкими водонасиченими ґрунтами; що сприймають значні горизонтальні навантаження; обмежених укосами.

За жорсткістю і характером деформації всі споруди можна розподілити на три групи: абсолютно гнучкі, які деформуються разом з основою й при нерівномірних деформаціях у них не виникають додаткові зусилля (до них можна віднести земляні насипи); абсолютно жорсткі, які при нерівномірних деформаціях нахиляються без вигину конструкції, і зусилля, що при цьому виникають, не завдають шкоди конструкціям через значний запас міцності на вигин; під підошвою фундаменту таких споруд відбувається перерозподіл напруження в ґрунті, що зменшує нерівномірність деформацій (прикладом таких споруд можуть бути димові труби, башти та ін.); споруди кінцевої жорсткості вигинаються при нерівномірних деформаціях й одночасно виникає перерозподіл напружень у ґрунті, додаткові зусилля в конструкціях зумовлюють появу тріщин (до цієї групи належить більшість будов і споруд).

Сумісна деформація основи та споруди характеризується такими величи-

нами: абсолютним S і середнім S осіданням основ (S обчислюють як середнє вертикальне переміщення фундаменту (рис. 12.2, а)); відносна нерівномірність

осідання двох фундаментів S2 L− S1 (рис. 12.2, б); нахил жорсткої споруди – різниця осідання крайніх точок фундаменту, віднесена до його довжини

310

ляються одна чи дві складові осідань.

Кожний практичний метод розрахунку деформації основи, що базується на тій чи іншій теорії, виконується на підставі тих чи інших допущень (граничних умов), прийнятих при моделюванні. Таким чином, щоб обчислити осідання, необхідно спочатку переконатися в додержанні прийнятих допущень. Для визначення осідання ущільнення необхідно, щоб середній тиск під підошвою фундаменту не перевищував розрахункового опору ґрунту p≤R. При цьому основа деформується за законами лінійно деформованого напівпростору. Згідно з теоретичними обґрунтуваннями, розглянутими у розділі 7, за розрахунковий опір основи прийнято величину нормального тиску на ґрунт, при якому розвиток зон зсувів у глибину нижче від підошви фундаменту допускається до 0,25b, де b – ширина підошви фундаменту. У діючих будівельних нормах розрахунковий опір основи визначають за формулою

де γc1 і γc2 – коефіцієнти умов роботи, що враховують відповідно вид і стан

ґрунтів основи та жорсткість конструктивної схеми будови (ними частково враховується сумісна робота основи й споруди); k – коефіцієнт, що враховує міру достовірності визначення характеристик ґрунту основи; kz – коефіцієнт, що

враховує особливості сумісної роботи широкого фундаменту з основою; b – ширина підошви фундаменту; γ 'II і γ II – усереднені значення питомої ваги ґрунтів вище і нижче від підошви фундаменту; d1 – глибина закладання фундаменту; db – глибина підвалу – відстань від рівня планування до підлоги підвалу; Mγ , Mq , Mc – коефіцієнти, що залежать від кута внутрішнього тертя ґрунту

ϕII та форми фундаменту в плані; cII – питоме зчеплення несучого шару ґрунту.

де S – розрахункове значення деформації, яка характеризує спільну роботу основи і споруди; Su – гранично допустима деформація для споруди, котра розг-

лядається.

Умова розрахунку основи за першим граничним станом, за стійкістю

враховує вид ґрунту і його стан; γn – коефіцієнт надійності споруди за призна-

ченням (згідно з діючими нормами приймається залежно від класу споруди). Розрахунок основ за другим граничним станом проводять на основне по-

єднання навантажень, за першим – на основне поєднання при наявності особливих навантажень і впливів – на основне і особливе поєднання. У розрахунках основ необхідно враховувати навантаження від складування матеріалів і обладнання, розміщених поблизу фундаментів.

312

ту, заглибленого в ґрунт, залежить від виду й стану ґрунту. У щільних пісках і водонасичених глинистих ґрунтах він більший. Найменше його значення – для пухких пісків та макропористих глинистих ґрунтів оптимальної вологості.

Більш детально з дослідженнями параметрів зон деформації ґрунтів навколо фундаментів, які виготовляють без виймання ґрунту, можна ознайомитись у книгах: Бартоломей А. А., Омельчак И. М., Юшков Б. С. Прогноз осадок свайных фундаментов. – М.: Стройиздат, 1994; Жуков Е. В. Расчет коротких свай на осевые вдавливающие нагрузки. – М., ЦНИИЭПсельстрой, 1989; Нарбут Р. М. Работа свай в глинистых грунтах. – Л.: Стройиздат, Ленингр. отд-ние, 1972; Основания и фундаменты в инженерно-геологических условиях юга Казахстана/ О. К. Югай, И. С. Бровко, В. А. Дубровский и др. – Шымкент: ЮжноКазахстанский технический университет, 1997; Пономарев А. Б. Основы исследований и расчета фундаментов из полых конических свай// Перм. гос. техн. ун-т. Пермь, 1999.

Ґрунт у межах зони деформації звичайно отримує анізотропну будову (доцільно згадати п. 4.10). Після влаштування фундаментів ущільнення пріоритетні напрямки годографів відповідали напрямкам витиснення ґрунту трамбівкою, збірним елементом, пневмопробійником тощо. Так, біля бічної поверхні фундаментів характерні більш високі значення механічних характеристик при α=90°, ніж при α=0 та 45°, а при α=45° вони звичайно найменші з трьох напрямів. Форма годографів має пріоритетну вертикальну спрямованість. У напрямі, нормальному до нижньої нахиленої поверхні фундаменту, найбільшими є характеристики при α=45°. Під підошвою фундаменту значення характеристик найбільші при α=0. Із віддаленням від фундаментів анізотропія ґрунту поступово набуває природного характеру. В міжфундаментному просторі зміна анізотропії

314

ґрунту схожа з переходом від ущільненого ґрунту біля поверхні фундаменту до ґрунту природного, але при відстані між осями сусідніх фундаментів, меншій за три діаметри їх поперечного перерізу, первинні значення коефіцієнтів анізотропії не зафіксовані.

Із деякими результатами експериментальних досліджень наведеної анізотропії фундаментів і штучних основ, які зводяться з ущільненням ґрунту, можна ознайомитись у статтях: Винников Ю. Л. Исследования анизотропии лессовидных грунтов вокруг фундаментов в пробитых скважинах// Известия вузов. Строительство. – 1999. – №4. – С.123-128; Винников Ю. Л. Експериментальні дослідження анізотропії лесового суглинку в межах ґрунтової подушки// Науковий вісник будівництва// Збірник наукових праць. – Вип. 7/ Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ, 1999. – С.260-263.

Наявність у фундаменту нахилених граней сприяє формуванню більш розвиненої зони ущільнення (рис. 12.1) за рахунок напруг σ і τ, які перешкоджають випинанню ґрунту. Аналогічне явище спостерігається за наявності розширень, шайб та консолей фундаментів.

У межах зони впливу відбувається процеси, що виявляють у часі несучу здатність та деформативність основ фундаментів, заглиблених у ґрунт. У результаті формування розвиненої зони ущільнення ґрунту з підвищеними фізи- ко-механічними характеристиками збільшується несуча здатність фундаментів, а деформативність їх основ знижується.

Для різних ґрунтів цей процес відбувається неоднаково.

Явище тиксотропного розрідження глинистого ґрунту в процесі заглиблення фундаменту сприяє зниженню енергозатрат на його виготовлення; наступне за виготовленням фундаменту тиксотропне зміцнення глинистих ґрунтів визначає збільшення несучої здатності фундаменту в часі, відповідно знижуючи деформативність основи.

Розрідження й наступне тривале зміцнення водонасичених пилуватих і піщаних ґрунтів сприяє формуванню навколо фундаменту нових структур, які мають підвищені механічні характеристики.

При заглибленні у кварцові піски відбувається руйнування жорстких структурних зв’язків між зернами; далі, при повному водонасиченні ґрунту, ці зв’язки відновлюються за рахунок виникнення так званого зчеплення зміцнення.

Явища вивітрювання ґрунту, морозного здимання та деякі інші процеси викликають погіршення його механічних властивостей.

Епюри контактних напружень для фундаментів, виготовлених без виймання ґрунту, показані на рис. 12.5. Напруги за бічною поверхнею фундаментів збільшуються з глибиною за криволінійним законом. У практичних розрахунках використовують схеми, наведені на рис. 12.5, б, г.

Оцінити дії вертикального навантаження на несучу здатність фундаменту, влаштованого без виймання ґрунту, можна, використовуючи відому тричленну формулу

умов роботи ґрунту під підошвою й уздовж бічної поверхні фундаменту, які

315