книги / Механика грунтов, основания и фундаменты.-1

В СНиП 2.02.01 — 83* «Основания зданий и сооружений» глу­ бина сжимаемой толщи определяется из условия ozp(z)=Qi2 atg(z), т. е. нижняя граница сжимаемой толщи оснований промышлен­ ных и гражданских зданий и сооружений назначается на той глуби­ не, где ордината эпюры дополнительных напряжений составляет 20% от природного давления на этой же глубине. Если же в пре­ делах этой глубины залегают слабые грунты, характеризуемые модулем деформации Е< 5 МПа, то мощность сжимаемой толщи увеличивается и ее нижняя граница назначается из условия ffzp(z)= =0,1(Гц(г).

Имеются и другие предложения по определению глубины сжи­ маемой толщи грунтов основания. Так, рад исследователей пред­ лагают ограничивать сжимаемую толщу той глубиной, где ордина­ та эпюры дополнительного давления будет равна оа1, — структур­ ной прочности грунта при компрессионном сжатии.

7.3. Практические методы расчета конечных деформаций оснований фундаментов

Расчет осадок методом послойного суммирования. Этот метод (без возможности бокового расширения грунта) рекомендован СНиП 2.02.01 — 83* и является основным при расчетах осадокфундаментов промышленных зданий и гражданских сооружений. Ниже рассматриваются порядок вспомогательных построений и по­ следовательность расчетов применительно к расчетной схеме на рис. 7.5.

Вначале производится привязка фундамента к инженерно-геоло­ гической ситуации основания, т. е. совмещение его оси с литологи­ ческой колонкой грунтов. При известных нагрузках от сооружения определяется среднее давление на основание по подошве фундамен­ та р. Затем по правилам, приведенным в § 5.4, начиная от поверх­ ности природного рельефа строится эпюра природного давления по оси фундамента. Зная природное давление в уровне подошвы фун­ дамента оЧшо, определяют дополнительное вертикальное напряже­ ние в плоскости подошвы фундамента: Po=cZp. o=p-ff*,, о- В соот­ ветствии с изложенным в § 5.3 в том же масштабе строят эпюру дополнительных напряжений по оси фундамента.

Построив эпюры природного давления и дополнительных на­ пряжений, находят нижнюю границу сжимаемой толщи. Эту опера­ цию удобно выполнять графически, для чего эпюру природного давления, уменьшенную в 5 или 10 раз (в зависимости от условия ограничения сжимаемой толщи), совмещают с эпюрой дополни­ тельных напряжений. Точка пересечения линий, ограничивающих

201

качественном анализе возможных вариантов устройства фундамен­ тов.

Учет возможности бокового расашренш грунта. Все приведенные выше построения остаются справедливыми и для этого расчетного случая. Однако кроме эпюры дополнительных вертикальных напря­ жений <rzp(z) следует построить еще и эпюры дополнительных гори­ зонтальных напряжений cv (z) и a # (z). Для случая плоской задачи значения a^iz) можно определить аналогичным образом по табл. 5.1 при х/Ь=0. Тогда дополнительное среднее напряжение в любой точке по оси z можно принять по формуле (5.12) или (7.12) и общую величину осадки в соответствии с формулой (7.11) найти из вы­ ражения

где ап?шt — дополнительное среднее напряжение в середине z-ro элементарного слоя; К{— соответственно модуль сдвига и объ­ емный модуль деформации для каждого /-го элементарного слоя. Остальные обозначения те же, что и в формулах (7.13). *

Учет влияния соседних фундаментов н загруженных площадей. В рассмотренных выше случаях определялась осадка отдельно сто­ ящего фундамента. Если в непосредственной близости от него рас­ полагается еще один или несколько фундаментов, то может ока­ заться, что дополнительное давление от соседних фундаментов приведет к увеличению осадки рассчитываемого фундамента. Для решения этой задачи используется метод угловых точек (см. § 5.3).

Пусть, например, следует определить осадку фундамента, рас­ положенного слева на рис. 7.6, а, под действием дополнительного давления на его подошве р0 и с учетом соседнего, расположенного справа фундамента с дополнительным давлением по подошве ро. Эпюры природного давления 1 и дополнительного напряжения 2 по оси, проходящей через центр рассчитываемого фундамента, могут быть определены в соответствии с изложенным выше. Точку С, являющуюся центром рассчитываемого фундамента, можно пред­ ставить как* угловую точку прямоугольника авге, часть которого (бвгд) загружена равномерно распределенной нагрузкой р'0. Тогда для схемы, приведенной на рис. 7.6, а, дополнительное напряжение в точке М, расположенной на оси z, от действия соседнего фун­ дамента в соответствии с формулой (5.19) примет вид

203

где с — угловое напряжение на глубине z при загружении пря­ моугольника авге нагрузкой р'0; о#шс — то же, при фиктивном заг­ ружении прямоугольника абде.

Значения углового напряжения по оси z от действия соседнего фундамента определяются в соот­ ветствии с изложенным в § S.3. Кривая 3 на рис. 7.6, а показывает увеличение дополнительного дав­ ления для рассчитываемого фун­ дамента (кривая 2) за счет влия­ ния соседнего фундамента.

Отметим, что при этом не толь­ ко увеличивается площадь эпюры дополнительных давлений, но и понижается граница сжимаемой толщи, что в совокупности приво­ дит к возрастанию осадки фунда-

Еслн при строительстве соору­ жения имеет место планировка территории подсыпкой (переход от отметки NL к отметке DL) или эагружение пола помещений на­ грузкой q (рис. 7.6, б), то неизбеж­ но возникновение дополнитель­ ной осадки. При распространении дополнительной нагрузки q в сто­ роны от оси z на расстояние не

менее мощности сжимаемой толщи, дополнительную осадку мож­ но рассчитывать по схеме одномерной задачи. Тогда к эпюре до­ полнительных напряжений 2 на рис. 7.6, б добавляется равно­ мерная эпюра с ординатой q и расчет осадок ведется с учетом полной эпюры. Мощность сжимаемой толщи при этом также уве-

Расчет осадок методом эквивалентного слоя. Метод эквивалент­ ного слоя, предложенный Н. А. Цытовичем, дает возможность для многослойных оснований существенно упростить технику расчета конечных осадок и их развития во времени. Этот метод приводит сложную пространственную задачу к эквивалентной одномерной. По теоретическим предпосылкам он заниает промежуточное поло­ жение между строгими аналитическими решениями и методом по­

204

слойного суммирования. Рассмотрим вначале основные положения метода применительно к однородному основанию.

Назовем эквивалентны м такой слой грунта толщиной /ц, осадка которого при сплошной нагрузке на поверхности ро будет равна осадке грунтового полупространства под воздействием мест­ ной нагрузки той же интенсивности.

Осадку слоя грунта толщиной Л, при сплошной нагрузке можно определить из условия одномерного его сжатия без возможности бокового расширения. Тогда, принимая деформацию сжатия любо­ го элементарного слоя в пределах этой толщи в соответствии с выражением (7.5), найдем осадку всего слоя:

или, используя относительный коэффициент сжимаемости грунтов,

С другой стороны, осадка поверхности грунтового полупрост­ ранства под действием местной нагрузки в соответствии с форму-,

Отсюда следует, что толщина эквивалентного слоя грунта зави­ сит от коэффициента Пуассона v, коэффициента формы площади и жесткости фундамента со и его ширины Ь. Назовем сочетание Асо коэффициентом эквивалентного слоя. Значения коэффициен­ та эквивалентного слоя в зависимости от коэффиценга Пуассона для разных грунтов и соотношения сторон загруженной площади n=Ijb приведены в табл. 7.2. Здесь аналогично тому, как это было принято в табл. 7.1, Асо0 и Лсот— соответственно коэффициенты эквивалентного слоя для максимальной и средней осадок гибких фундаментов, Асо^л — для осадки абсолютно жесткого фундамен­ та. Между коэффициентами эквивалентного слоя для центра прямо­ угольной площади абсолютно гибкой нагрузки н ее угловой точки существует соотношение Асое=1/2Лсо0.

205

невзвешенное значение коэффициента Пуассона. Для этого можно воспользоваться формулой, рекомендованной СНиП 2.02.01 — 83:

(7.24)

1-1

где v, — коэффициент Пуассона грунта для каждого слоя; Не— мощность сжимаемой толщи основания.

Другие приближенные методы определения осадок. В инженерной практике используются и другие приближенные методы определе­ ния осадок фундаментов (метод линейно деформируемого слоя, метод ограниченной сжимаемой толщи и т. п.), сведения о которых приводятся в учебнике Б. И. Далматова. Однако наибольшее рас­ пространение получили метод послойного суммирования и метод эквивалентного слоя. Последний показывает хорошее совпадение с результатами натурных наблюдений при строительстве на слабых грунтах.

Определение неравномерных осадок н крена фундаментов. Вер­ немся к расчетным схемам, представленным на рис. 7.3. Рассмот­ ренные выше методы относятся к случаю равномерно распределен­ ной нагрузки в пределах контура загружения (рис. 7.3, г) и позволя­ ют определить осадку любой точки поверхности основания, нагру­ женного гибкой нагрузкой, или среднюю осадку абсолютно жест­ кого фундамента.

При внецентренном нагружении фундамента эпюры дополни­ тельного давления на поверхности основания для плоской задачи будут иметь вид трапеции или треугольника (см. рис. 7.3, в, д). Для определения неравномерной осадки основания от гибкой нагрузки в этом случае может быть использован следующий прием.

Трапецеидальная нагрузка представляется как сумма равномер­ но распределенной и треугольной нагрузок (рис. 7.8, а). В намечен­ ных вертикальных сечениях (например, по краям приложения на­ грузки и в центре) в соответствии с изложенным выше строятся эпюры дополнительных напряжений от равномерно распределенной нагрузки интенсивностью р0. В тех же сечениях строятся эпюры дополнительных напряжений от треугольной нагрузки интенсив­ ностью p'Q, соответствующие ординаты которых могут быть опреде­ лены по формуле

где o' — коэффициент, зависящий от относительных координат вы­ бранного сечения xjb и глубины точки, для которой определяется напряжение n=z/b. Значения коэффициентов а' приведены в табл. 7.3.

208

Т абли ца 7.3. Значение коэффициента o' дли определи

Следует обратить внимание, что расположение координатных осей z для рассматриваемых случаев загружения различно (рис. 7.8, а). Поэтому и относительные координаты одного и того же сечения, в котором определяются дополнительные напряжения от равномер­ но распределенной (табл. 5.1) и от треугольной нагрузки (табл. 7.3), будут также различными.

Построив затем в выбранных сечениях суммарные эпюры допол­ нительных напряжений от равномерно распределенной и треуголь­ ной нагрузок (эпюры 2 на рис. 7.8, б) и эпюры природного давления 1, можно по приведенным выше правилам найти мощность сжима­ емой толщи грунтов основания в каждом сечении. Тогда осадка поверхности в каждом сечении может быть определена методом послойного суммирования.

Учет жесткости фундамента производится тем же способом, что был рассмотрен при анализе схем на рис. 7.3. Соответственно тангенс угла наклона подошвы фундамента при неравномерной его осадке и определит значение крена /.

При определении крена абсолютно жесткого фундамента удоб­ нее пользоваться формулой, рекомендованной СНиП 2.02.01 — 83*:

Е(af2)2

где Е и v — соответственно модуль деформации и коэф­ фициент Пуассона грунта ос­ нования; ке — коэффициент, принимаемый по табл. 7.4; N — вертикальная составля­ ющая равнодействующей всех нагрузок на фундамент в уровне его подошвы; е —

209

эксцентриситет приложения равнодействующей; а — диаметр круглого или сторона прямоугольного фундамента, в направлении ко­

Примечание. Не —мощность аоамаемои толщи.

В случае неоднородного основания в формуле (7.26) принимают­ ся средневзвешенные значения деформационных характеристик грунтов v и Ё. Величина v может быть определена по формуле (7.24), а Ё — при известном значении щ из выражения

7.4. Практические методы расчета осадок оснований фундаментов во времени

Основные положения. Если в основании фундамента залегают водонасыщенные глинистые грунты, осадка может развиваться в те­ чение длительного периода времени. Известны случаи, когда во

210