При оценке устойчивости основания, зафуженного горизонтальной нагрузкой или стоящего на откосе, следует учитывать возникновение глубинного сдвига. Он заключается в том, что соору-кение с некоторым массивом фунта смещается по криволинейной поверхности скольжения. В настоящее время существует несколько методов расчета основания при глубинном сдвиге. Теоретически наиболее развитыми являются методы теории предельного равновесия. Однако большим их недостатком является значительный объем вычислительной работы. Тем не менее для однородных фунтов и при наличии табулированных решений эти методы могут быть использованы. С появлением быстродействующих компьктгеров и специальных вычислительных профамм эти задачи значительно облегчаются (см. гл. 10).
Широко распросфаненным является метод, основанный на Допущении крутоцилиндрической поверхности скольжения. Этот метод достаточно точен и универсален: он позволяет учитывать неоднородность основания, влияние фильтрационных сил, неста-билизированное состояние грунтов и т.п. Способ проверен практикой и обеспечивает надежность получаемых результатов.
Метод основан на предположении, что сдвиг основания, потерявшего устойчивость, происходит по крутоцилиндрической поверхности, т.е. основание совместно с сооружением вращается вокруг некоторого центра О. Сущность метода заключается в определении минимального коэффициента запаса устойчивости ksl, отвечающего заданным условиям и нагрузкам. Коэффициент к определяют как отношение суммы моментов всех сил, удерживающих основание (М,), относительно центра вращения О к сумме моментов всех сил, сдвигающих (вращающих) основание относительно того же центра При определении сдвигающих сил учитывают нагрузку от веса сооружения 77, и горизонтальную нагрузку FM, действующую на него. К удерживающим силам относят силы трения Т., развивающиеся по поверхности скольжения под действием веса грунта и сооружения, и силы сцепления грунта с,, действующие по той же поверхности скольжения. Значение расчетного сцепления с, принимают для данного пласта и на длине участка /, поверхности скольжения. Дчя нахождения действующих сил сдвигающийся массив разбивают на блоки, определяют вес блоков Gi (на 1 м длины основания) и центры их тяжести. Вес каждого блока прикладывают к неподвижной части основания в точке пересечения вертикали, проходящей через центр тяжести блока, с поверхностью скольжения.
Расчет основания по несущей способности при горизонтальной нагрузке на фундамент
июля 28, 2010Расчет оснований по несущей способности
июля 21, 2010Основания сооружений в ряде случаев рассчитывают по первому предельному состоянию—несущей способности.
Под действием внешней нагрузки в основании возникает напряженное состояние, которое характеризуется нормальными и касательными напряжениями. При возрастании нагрузки в некоторых точках основания может возникнуть предельно напряженное состояние, при котором касательные напряжения в этих точках достигают сопротивления грунта сдвигу при действующих по этим площадкам нормальных напряжениях. Дальнейшее возрастание нагрузки будет вызывать в рассматриваемых точках развитие деформаций сдвигов, что приводит к перераспределению напряжений в массиве грунта. Когда предельное напряженное состояние охватит большую область и площадки сдвигов соседних точек образуют непрерывные поверхности скольжения, произойдет общее нарушение прочности (устойчивости) основания, сопровождающееся сдвигом фундамента совместно с массивом грунта основания.
В основании образуется поверхность скольжения, охватывающая всю подошву сооружения. По этой поверхности происходит сдвиг фундамента или массива фунта вместе с фундаментом. Так как нарушение прочности грунта сопровождается сдвигом по Поверхности скольжения, предельное состояние по прочности в Данной точке характеризуется равенством касательного напряжения, действующего по элементарной площадке скольжения, величине сопротивления грунта сдвигу на той же площадке. Таким образом, условие возникновения предельного состояния по несущей способности (устойчивости, прочности) представляет собой условие предельного равновесия при сдвиге.
Целью расчета оснований по несущей способности является обеспечение прочности оснований и устойчивости нескальных оснований, а также недопущение сдвига фундаментов или опрокидывания.
При составлении расчетной схемы и выборе исходных данных учитывают ряд обстоятельств, в частности, если грунт основания или подземная часть сооружения находятся ниже уровня подземных вод, учитывают взвешивающее действие воды, что значительно снижает устойчивость сооружений.
При слоистом основании расчетные схемы составляют с учетом наиболее опасных сочетаний условий: падения пластов в сторону возможного сдвига основания, наличия пластов с очень малым сопротивлением сдвигу и т.п. Необходимо также учитывать возможные неблагоприятные нагрузки и изменения в основании в период строительства и эксплуатации сооружения, например увлажнение грунта при подъеме уровня подземных вод, устройство глубоких выемок рядом с сооружением, значительные нагрузки на поверхности грунта и т.п.
При расчете устойчивости фундаментов ни сдвиг по подошве и с массивом грунта исходят из предельного значения коэффициента устойчивости кя . Сопротивление сдвигу по подошве оказывают силы трения.
Скручивание
июля 16, 2010Скручивание обычно наблюдается в длинных сооружениях, когда их поперечный крен по длине неодинаков и тем более когда он развивается в разные стороны.
Для сооружений, не указанных в табл. 6.2, расчетом или по опыту эксплуатации устанавливают предельное значение неравномерности деформации основания. Это оценивают с помощью анализа совместной работы надземных конструкций сооружения фундаментов и основания.
В настоящее время существует большое количество методов расчета абсолютных осадок фундаментов. СНиП регламентируют использовать два метода: послойного суммирования (см. разд. 6.5) и линейно деформируемого слоя (см. разд. 6.8). Первый метод учитывает эмпирическим коэффициентом горизонтальные напряжения в основании и жесткость фундамента и его рекомендуется использовать для любых видов грунтов при ширине подошвы фундамента Ъ < 10 м. Второй метод используют при плотных грунтах Для большеразмерных фундаментов (Ь > 10 м) или в случае наличия в основании подстилающего слоя несжимаемого грунта для Фундаментов любых размеров.
Из инженерных методов можно отметить уточненный метод послойного суммирования, основанный на обобщенном законе ,метод эквивалентного слоя, метод ограниченной сжимаемой толщи (Далматов Б.И., 1968) (см. разд. 6.10). Вуточ. ненном методе послойного суммирования учитываются все компоненты напряжений, действующие в основании, и жесткость фундамента. Этот метод целесообразно использовать для больше-размерных фундаментов (Ь > 10 м) при средне- и сильносжимае-мых глинистых грунтах основания с модулем деформации Е < 15 МПа. Метод эквивалентного слоя является наиболее простым и наименее трудоемким, но дает завышенные значения осадки и мощности сжимаемого слоя. Поэтому его рекомендуется использовать для прикидочных расчетов на стадии вариантного проектирования. Метод ограниченной сжимаемой толщи целесообразно использовать для однородных грунтов в случае необходимости учета влияния на осадку загружения соседних площадей.
Расчет оснований по деформациям
июля 10, 2010Расчет оснований, сложенных нескальными грунтами, по деформациям является обязательным для всех капитальных сооружений. Согласно СНиП 2.02.01 - 83 условия, ограничивающие деформации, выполнены, если допускается определять размеры подошвы фундаментов по величине расчетного сопротивления грунта несущего слоя R0, на основании, имеющем в пределах сжимаемой толщи грунты, перечисленные в табл. 6.1, и удовлетворено условие (4.1). При этом слои грунтов должны иметь горизонтальное залегание с уклонами границ между слоями не более 0,1, а ширина отдельных фундаментов сооружения - отличаться не более чем в 2 раза. В остальных случаях рассчитывают осадки фундаментов и учитывают их неравномерности.
Простейшими видами деформаций оснований сооружений являются (рис. 6.1): прогиб (а); выгиб (б); перекос (в, г); крен фундамента (д) или сооружения (е); скручивание (ж); горизонтальные перемещения фундаментов или сооружения в целом. Перемещения фундаментов, а также сооружений характеризуются абсолютными смещениями (осадками и др.), средними значениями и неравномерностью осадок (смещений).
Абсолютные осадки s рассматривают для отдельных фундаментов. Максимальную величину абсолютной осадки определяют исходя из наиболее неблагоприятных грунтовых условий строительной площадки для максимально нагруженных фундаментов.
Относительная неравномерность осадок характеризуется относительным прогибом (выгибом), перекосом, креном поперечным (продольным) (см. рис. 6.1).
Относительный прогиб (выгиб) (рис. 6.1, а, б) характеризуется ошением стрелы прогиба к длине изгибаемого участка стены. Перекос (рис. 6.1, в, г) находят по максимальной разности двух соседних фундаментов, отнесенной к расстоянию между центрами их подошв, если сохраняется вертикальное положение конструкций (колонн, стен).
Различают крен фундамента (рис. 6.1, д) и крен сооружения . 6.1, е). В первом случае крен определяется тангенсом поворота подошвы фундамента, во втором - отношением разности осадок крайних фундаментов к расстоянию между осями жестко завязанных опор.
Учет наличия подвала
июля 5, 2010При наличии подвала ленточный или отдельно стоящий фундамент наружных стен воспринимает давление от обратной засыпки грунта и расположенной на ее поверхности нагрузки. Величина этого давления должна определяться по формулам активного давления грунта на подпорные стенки. Полезная нагрузка на прилегающей к подвалу территории по возможности заменяется эквивалентной равномерно распределенной. При отсутствии данных °б интенсивности полезной нагрузки она принимается равной б) для водонасыщенного грунта при 0,4 < е < 0,6, а также влаж-
ного при е > 0,4 - 30 ... 35°;
в) для водонасыщенного грунта при е > 0,6 - 20 ... 25°.
Когда засыпка грунта за пазухи фундамента устраивается после
возведения надподвального перекрытия, а последнее находится выше поверхности грунта (обычно на 0,6 м), то расчетная схема стены подвала принимается в виде однопролетной балки. Верхний конец бал-
шарнирный, а нижний - защемленный в грунте в плоскости подошвы или свободно опертый. Последнее условие соответствует малой ширине подошвы (менее 1 м) или наличию слоя мягкой гидроизоляции, что не соответствует условиям защемления.
Учет подстилающего слоя слабого грунта
июня 30, 2010В практике проектирования довольно частыми являются случаи, когда верхние слои грунта, на которые опирается фундамент, подстилаются менее прочными. Помимо природных условий, такая ситуация всегда имеет место при проектировании искусственных оснований.
Прочность грунта, как известно, оценивается по значению сопротивления сдвигу т, которое зависит от нормальных напряжений, если фунт способен уплотняться. Следовательно, проверку слабого подстилающего слоя грунта, вообще говоря, необходимо вести при сопоставлении касательных напряжений, развивающихся от действующих нагрузок на его кровле, со значениями сопротивления слабого грунта сдвигу. При этом, ввиду рассеивания напряжений от местной нагрузки с глубиной, такую проверку следовало бы производить для нескольких точек на кровле слабого слоя.
Для упрощения процедуры такой проверки можно пользоваться не значениями сопротивления грунта сдвигу, а величиной расчетного сопротивления R, вычисленного для условного фундамента, который как бы опирается на кровлю слабого слоя. Ввиду привлечения понятий "условный фундамент" и "расчетное сопротивление грунта пониженной прочности для условного фундамента" последнее должно сопоставляться со значениями давлений по подошве условного фундамента. При учете максимально возможных значений этих давлений следует ожидать, что подобная проверка будет давать некоторый запас.
Влияние способа производства работ по устройству фундаментов
июня 24, 2010Глубину заложения фундамента следует выбирать, в том числе и в зависимости от принимаемого способа отрывки котлована.
При возможности следует закладывать фундамент выше уровня подземных вод. При этом, как правило, не требуется водоотлива, гарантируется сохранение природной структуры грунтов основания, работы могут быть выполнены в кратчайший срок. В противном случае требуются шпунтовое крепление стен котлована водоотлив, резко увеличивающие стоимость земляных работ.
Окончательный выбор варианта должен основываться на технико-экономических расчетах при различных уровнях глубин заложения от минимально возможной до максимальной - 4...4,5 м.
Для ленточных фундаментов высота уступов в этих грунтах обычно принимается 0,5...0,6 м, а длина участка фундамента -1... 1,2 м (в несвязных грунтах соотношение между высотой и длиной уступа может быть принято 1 : 2 при высоте уступа, не превышающей 0,5.-0,6 м).
При устройстве фундаментов на разных отметках необходимо устраивать надежное крепление стен котлованов, которые не должны иметь горизонтального смещения (см. гл. 14).
При наличии коммуникаций (трубы водопровода, канализации и т.д.) подошва фундамента должна быть заложена ниже их ввода.
Особенности возводимого и соседних сооружений
июня 17, 2010Основными конструктивными особенностями возводимого сооружения, влияющими на глубину заложения его фундамента, являются: наличие и размеры подземных и подвальных помещений, приямков или фундаментов под оборудование; глубина заложения фундаментов соседних сооружений; наличие и глубина прокладки подземных коммуникаций и конструкций самого фундамента, величина и характер нагрузок, передаваемых на фундаменты.
В зданиях с подвалом и полуподвалом, около приямков или каналов, примыкающих к фундаментам, глубина заложения фундамента принимается на 0,3—0,5 м ниже отметки пола в этих помещениях, что предусматривает запас на высоту блока (рис. 3.5).
В случае устройства внутренней гидроизоляции подвальных помещений минимальная глубина заложения принимается по формуле
dmm = hs + hcf+5, (3.2)
где А,-толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м; htf —толщина конструкции пола подвала, м.
Если ожидается развитие осадки фундамента после устройства гидроизоляции, в месте возможного ее разрыва устраивается специальный замок-вставка из водонепроницаемого материала (рис. 3.5, б).
Фундаменты проектируемого сооружения, непосредственно примыкающие к фундаментам существующего, рекомендуется закладывать, как указано на рис. 3.6. При примыкании проектируемых фундаментов к существующим различают следующие случаи: подошва проектируемых фундаментов располагается выше глубины заложения существующих фундаментов, на одном и том же уровней ниже подошвы существующего фундамента.
Влияние климатических факторов
июня 11, 2010Основными климатическими факторами, влияющими на глубину заложения фундаментов, являются промерзание — оттаивание грунтов.
Глубина заложения фундамента из условия промерзания грунтов назначается в зависимости от их вида, состояния, начальной влажности и уровня подземных вод в период промерзания. Известно, что при промерзании некоторых грунтов наблюдается ихжорозное пучение — увеличение объема, поэтому в таких грунтах нельзя закладывать фундаменты выше глубины промерзания.
Морозное пучение грунтов происходит преимущественно за счет миграции (перемещения) влаги к фронту промерзания из нижележащих слоев (см. гл. 13). В связи с этим существенное значение имеет положение уровня подземных вод в период промерзания грунта. Миграция влаги обычно наблюдается в пылевато-глинистых грунтах, пылеватых и мелких песках. Скальные породы, крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем, пески гра-велистые, крупные и средней крупности относятся к непучинис-тым грунтам. Глубина заложения фундаментов в них не зависит от глубины промерзания.
Практикой установлено, что если уровень подземных вод во время промерзания находится от планировочной отметки поверхности основания на глубине, равной расчетной глубине промерзания, плюс 2 ни более 1,5 м значение коэффициента kh принимают на 0,1 более значений, указанных в табл. 3.2, но не более 1,0. При промежуточном значении вылета фундамента значение kh определяют интерполяцией.
Нормативная глубина сезонного промерзания грунта устанавливается по данным многолетних наблюдений (не менее 10 лет) за фактическим промерзанием грунтов в районе предполагаемого строительства под открытой, лишенной снега поверхностью.
Влияние инженерно-геологических и гидрогеологических факторов
июня 5, 2010К таким факторам относят характер напластования грунтов, их физико-механические свойства, положение уровня подземных вод с учетом изменений, степень агрессивности среды.
Учет инженерно-геологических условий строительной площадки заключается главным образом в выборе несущего слоя грунта, который может служить естественным основанием для фундаментов. Этот выбор производится на основе предварительной оценки сжимаемости и прочности грунтов.
Инженерно-геологические условия каждой площадки отличаются друг от друга и обладают индивидуальным геологическим строением. Однако все многообразие напластований можно представить в виде трех основных схем.
Схема I. Площадка сложена одним или несколькими слоями надежных грунтов, при этом строительные свойства каждого последующего слоя не хуже свойств предыдущего.
В этом случае глубина заложения фундамента принимается минимальной, допускаемой при учете сезонного промерзания грунтов и конструктивных особенностей сооружения. Иногда за несущий принимают слой более плотного грунта, залегающий ниже, если это решение экономичнее. Это можно установить многовариантными расчетами размеров фундамента с изменением глубины заложения.
Схема П. С поверхности площадка сложена одним или несколькими слоями слабых грунтов, ниже которых располагается толща надежных грунтов. При напластовании по этой схеме принимаемое решение о глубине заложения фундаментов зависит от толщины слоя слабых грунтов. При небольшой его толще целесообразно прорезать слабые слои и опирать фундаменты на надежные грунты (рис. 3.2, я). Иногда слабый грунт может быть использован и в качестве несущего слоя с одновременным принятием мер по снижению чувствительности сооружения к возможному развитию неравномерных осадок (рис. 3.2, б, в). Если такие решения нецелесообразны, то можно применить свайные фундаменты (рис.3.2, г) или искусственно улучшенные основания - замену грунта подушками уплотнения, закрепление слабого грунта (рис. 3.2, д, е).
Схема III. С поверхности площадки залегают надежные грунты, а подстилающими являются один или несколько слоев слабого грунта. В этом случае может быть принято решение по схеме II, но так как при этом придется прорезать толщу надежных грунтов, то более экономичными могут оказаться использование надежного грунта в качестве распределительной подушки при обязательной проверке слабого подстилающего слоя (рис. 3.3, я), закрепление слабого грунта (рис.3.3, д) и другие варианты, представленные на рис. 3.3, позволяющие существенно уменьшить размеры подошвы фундамента.
Выбирая тип и глубину заложения фундамента по любой из рассмотренных выше схем, следует придерживаться следующих общих правил: а) подошвы фундаментов желательно закладывать на одной и той же глубине; б) минимальная глубина заложения фундаментов принимается не менее 0,5 м от спланированной поверхности территории; в) глубина заложения фундамента в несущий слой грунта должна быть не менее 0,1...0,2 м от его кровли; г) при возможности следует закладывать фундамент выше уровня подземных вод. При этом не требуется водоотлива, гарантируется сохранение природной структуры грунтов основания, работы могут быть выполнены в кратчайший срок. В противном случае требуются шпунтовое крепление стен котлована, водоотлив, которые резко увеличивают стоимость земляных работ; д) при слоистом напластовании грунтов все фундаменты рекомендуется возводить на одном слое грунта или на грунтах с близкой сжимаемостью. Если это невыполнимо, то размеры фундаментов выбирают главным образом из условия допустимости неравномерности осадок.