Прогнозная оценка конечной осадки проектируемых сооружений

В результате строительства сооружения, даже если прочность грунта обеспечена, возникают деформации основания. Как правило, они имеют неравномерный характер и вызывают перераспределение усилий в конструкциях сооружения, а в некоторых случаях могут привести к аварии [2,3].

Предположим, что осадка основания происходит только за счет сжатия столба грунта, непосредственно находящегося под подошвой фундамента. Для этого следует считать, что сжатие каждого слоя грунта будет вызвано равномерно распределенной на его поверхность нагрузкой, равной максимальному значению напряжения «s_zp», действующему по оси «Z», что приведет к общей осадки основания. Следовательно, общая осадка основания фундамента будет определяться суммой величины сжатия каждого элементарного слоя в пределах сжимаемой зоны (активной зоны фундамента). В этом случае задача сводится к определению величины сжатия элементарного слоя грунта под действием равномерно распределенной нагрузки на его поверхности.

Этот метод (без возможности бокового расширения грунта) рекомендован СНиП2.02.01-83* и является наиболее часто применяемым в расчетах инженерной практики.

В начале производится привязка фундамента к инженерно-геологической ситуации основания, т.е. совмещение оси здания с литологической колонкой грунтов, определяется среднее давление на основание по подошве фундамента «Р». Затем строится эпюра природного давления по оси фундамента. Зная природное давление в уровне подошвы фундамента, определяем дополнительное вертикальное напряжение в плоскости подошвы фундамента: Р₀=s_zр = Р -s_zq, затем строим эпюру дополнительных напряжений по оси фундамента.

Построив эпюры природного давления (т.е. напряжения под собственным весом s_zq) и напряжения под дополнительным давлением от сооружения s_zр, находим нижнюю границу сжимаемой толщи. Она определяется следующим соотношением s_zр=0,2s_zq или графически, для чего эпюру природного давления s_zq уменьшенную в 5 или 10 раз [1,4,5] совмещаем с эпюрой дополнительных напряжений «s_zр». Точка пересечения линий, ограничивающих эти эпюры, и определит положение нижней границы сжимаемой толщи.

Сжимаемую толщу (активную зону фундамента) разбиваем на элементарные слои так, чтобы в пределах каждого слоя грунт был однородным. Обычно мощность каждого элементарного слоя «h_i» принимают не более 0,4в («в» – ширина фундамента). Зная дополнительное напряжение в середине каждого элементарного слоя s_zрi определяем сжатие этого слоя.

Общая осадка грунта в основании фундамента в пределах сжимаемой толщи

где -n – число слоев в пределах сжимаемой толщи;

h_i – мощность I-го слоя грунта;

E_i – модуль деформации I-го слоя грунта;

a_oi – коэффициент относительной сжимаемости I-го слоя грунта;

b – безразмерный коэффициент равный 0,8 в соответствии со СНиП2.02.01-83*

Если при этом принять характеристики деформируемости грунтов постоянными, то осадка основания «S» будет прямо пропорциональна площади эпюры дополнительных напряжений s_zр. Это положение всегда нужно иметь в виду при качественном анализе возможных вариантов устройства фундаментов.

Литологическая колонка и расчетная схема для определения осадок методом послойного суммирования

Рис. 4

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

В последние годы изыскания нередко проводят на застроенной территории (реконструкция, расширение, технологическое перевооружение и т.д.), в этом случае прогнозная оценка осадки требует учета влияния соседних фундаментов и загруженных площадей. Наличие соседних фундаментов приведет к увеличению осадки рассчитываемого фундамента. Для решения этой задачи используется метод угловых точек (рис. 5).

Рис. 5

Пусть требуется определить осадку фундамента расположенного слева (рис.5), под действием дополнительного давления на его подошве Р₀ и с учетом соседнего, расположенного справа, фундамента с дополнительным давлением по подошве Р₀^¢. Эпюры природного давления 1 и дополнительного напряжения 2 по оси, проходящей через центр рассчитываемого фундамента, могут быть определены в соответствии с вышеизложенным. Точку «с» являющуюся центром рассчитываемого фундамента, можно представить как угловую точку прямоугольника «авгс», часть которого (бв-гд) загружена равномерно распределенной нагрузкой Р₀^¢. Тогда для схемы, приведенной на рис. 5 дополнительное напряжение в точке «м», расположенной на оси Z, от действия соседнего фундамента

s^I_zp’c - угловое напряжение на глубине Z при загружении прямоугольника «авгс» нагрузкой Р₀^¢; s^II_zp’c - то же, при фиктивном загружении прямоугольника «авгс». Значение углового напряжения по оси Z от действия соседнего фундамента показывает увеличение дополнительного давления кривая 3 за счет влияния соседнего фундамента. Следует отметить, что не только увеличивается площадь эпюры дополнительных давлений, но и понижается граница сжимаемой толщи, что в совокупности приводит к возрастанию осадки.

На основании выполненных расчетов необходимо дать рекомендации по проектированию и обеспечению устойчивости сооружения, величину осадки следует сравнить с допустимой в соответствии с техническим заданием.

Рекомендуемая литература

1. СНиП 2.02.1-83* Основания зданий и сооружений. – М., 1995. – 50с.

2. Малышев М.В. Прочность грунтов и устойчивость основания сооружений. – М., 1980. –318с.

3. Цытович Н.А., Тер-Мартиросян З.Г. Основы прикладной геомеханики в строительстве. – М., 1981. – 216с.

4. Зарецкий Ю.К. Лекции по современной механики грунтов. – Изд-во Ростовского университета, 1989. – 40с.

5. Серова Г.Е., Егорова Л.В., Гребнев Е.А. Геомеханика. – ИрГТУ, 2002.-83 с.

6. Серова Г.Е. Прочность устойчивости природно-техногенных систем. – ИрГТУ, 2004. – 26с.

7. Серова Г.Е., Усынин А.В. Методические указания по выполнению практических занятий для студентов специальности 0107.- Иркутск, 1988. – 40с.

8. СниП-7-81* Строительство в сейсмических районах. – М., 1982