Расчет фундаментов по второй группе предельных состояний.

Основания рассчитывают по двум группам предельных состояний:

– по первой группе — по несущей способности;

– по второй группе — по деформациям (по осадкам, прогибам, подъемам и пр.).

Основной целью расчета оснований по второй группе предельных состояний (по деформациям) является ограничение перемещений фундаментов такими предельными значениями, которые гарантируют нормальную эксплуатацию и требуемую долговечность зданий и сооружений, исключая возможность проявления значительных неравномерности осадок, связанных с появлением кренов, изменения проектных отметок и положений конструкций и их соединений.

Так как проектирование оснований начинают с назначения глубины заложения фундамента, то ограничение осадки последнего производят назначением определенных размеров подошвы, а ограничения возможных неравномерностей осадок часто добиваются за счет варьирования размерами подошвы, тем самым уменьшая или увеличивая давление в грунте основания, что позволяет регулировать осадки отдельных фундаментов.

Предельно допустимые деформации определяются в основном эксплуатационными требованиями, предъявляемыми к сооружению.

Целью расчета оснований по деформациям является ограничение абсолютных и относительных перемещений фундаментов, а также надфундаментных конструкций такими пределами, при которых гарантируется нормальная эксплуатация сооружения и не снижается его долговечность вследствие появления недопустимых осадок, подъемов, кренов, прогибов.

Расчет оснований по деформациям производится исходя из условия

где s - совместная деформация основания и сооружения, определяемая расчетом; - предельное значение совместной деформации основания и сооружения.

Деформации оснований подразделяются на:

- осадки - деформации, происходящие в результате уплотнения грунта под воздействием внешних нагрузок и не сопровождающиеся коренным изменением его структуры;

- просадки - деформации, происходящие в результате уплотнения и сопровождающиеся коренным изменением структуры грунта под воздействием как внешних нагрузок и собственного веса грунта, так и дополнительных факторов (замачивание просадочного грунта, оттаивание ледовых прослоек в замершем грунте и др.);

- подъемы и осадки, связанные с изменением объема некоторых грунтов при изменении их влажности или воздействии на них химических веществ (набухание и усадка) и при замерзании воды и оттаивании льда в порах грунта (морозное пучение и оттаивание грунта);

- оседания - деформации земной поверхности, вызываемые разработкой полезных ископаемых, понижением уровня грунтовых вод, проявлением карста;

- горизонтальные перемещения - деформации, связанные с действием горизонтальных нагрузок на основание (фундаменты распорных конструкций, подпорные стены) или со значительными вертикальными перемещениями поверхности при оседаниях, просадках грунтов от собственного веса.

Расчет деформации основания может быть выполнен с использованием как аналитических, так и численных методов расчета. К аналитическим методам относятся:

- метод элементарного послойного суммирования

- метод эквивалентного слоя грунта

- метод линейно-деформируемого слоя.

Осадка основания s с использованием расчетной схемы в виде линейно-деформируемого полупространства определяется методом послойного суммирования по формуле

где β- безразмерный коэффициент, принимаемый равным 0,8; - среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i-м слое грунта, равное полусумме указанных напряжений на верхней zi-1и нижней zi границах слоя по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента; hi и Ei - соответственно толщина и модуль деформации i-го слоя грунта; n - число слоев, на которые разбита сжимаемая толща основания.

При этом распределение вертикальных нормальных напряжений по глубине основания принимается в соответствии со схемой, приведенной на рис.Ф.10.10.

Рис.Ф.10.10. Схема распределения вертикальных напряжений:

DL - отметка планировки; NL - отметка поверхности природного рельефа; FL - отметка подошвы фундамента;WL - уровень подземных вод; ВС - нижняя граница сжимаемой толщи

Дополнительные вертикальные напряжения на глубине z от подошвы фундамента s zp - по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента, определяются по формуле

где α - коэффициент, принимаемый в зависимости от формы подошвы фундамента и относительной глубины ; p0- дополнительное вертикальное давление на основание, определяемое из выражения ; p - среднее давление под подошвой фундамента;

- вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента (при планировке срезкой принимается = g _d, при отсутствии планировки и планировке подсыпкой = g _dn, где g - удельный вес грунта, расположенного выше подошвы; d и dn - глубина заложения фундамента соответственно от уровня планировки DL и природного рельефа NL.