Деформации грунтов и расчет осадок фундаментов.

Все деформации основания можно разделить на несколько видов.

1. Осадки — деформации, которые не вызывают коренного изменения структуры грунта и происходят вследствие уплотнения грунта под влиянием внешних нагрузок или (в отдельных случаях) собственного веса грунта.

2. Просадки — деформации в результате коренного изменения структуры грунта под воздействием внешних нагрузок, собственного веса грунта и влиянием дополнительных факторов (замачивание просадочного грунта, оттаивание льдовых прослоек в мёрзлом грунте и т.д.).

3. Подъемы и усадки — деформации, обусловленные изменением объемов некоторых грунтов при изменении их влажности или воздействии химических веществ (набухание и усадка), замерзании воды и оттаивании льда в порах грунта (морозное пучение и оттаивание грунта).

4. Оседания — деформации поверхности грунта в результате разработки полезных ископаемых, понижения уровня подземных вод и т.д.

5. Горизонтальные перемещения — деформации в результате воздействия горизонтальных нагрузок на основание (подпорные стены и т.д.) или как следствие значительных вертикальных перемещений поверхностей грунта при оседаниях, просадках грунта от собственного веса и т.п.

Метод послойного суммирования. Зная, что напряжение в грунте от местной нагрузки рассеивается в пределах основания и с глубиной интенсивность его уменьшается. Вследствие постепенного изменения напряжений по глубине основания его толщу можно разбить на ряд слоев и в каждом из них определить напряжение.

При расчете осадки фундамента методом послойного суммирования сначала находят дополнительное среднее давление р₀ _| распределенное по подошве фундамента:

где p_II - среднее давление по подошве фундамента от нагрузок, учитываемых при расчете по деформациям; σ _zg_{, 0}-природное напряжение на уровне подошвы фундамента; γ - удельный вес грунта в пределах глубин заложения фундамента от природного рельефа d_n.

Рис. 7.2. Схемы к расчету осадки фундамента

а — методом послойного суммирования 1— поверхность планировки подсыпкой; 2 — поверхность природного рельефа; 3 — подошва i-го слоя грунта; 4 — нижняя граница сжимаемой толщи

Зная р_о, определяют напряжения σ _zp на разных глубинах под центром площади загружения и строят эпюру σ _zp.Величина σ _zp с глубиной убывает, поэтому при расчете целесообразно ограничиваться толщей, ниже которой деформации грунтов пренебрежительно малы. Нормы рекомендуют для обычных грунтов принимать сжимаемую толщу Н_с до глубины, на которой напряжение σ ’ _zpне превышает 20 % природного напряжения, т. е. σ ’ _zp≤ 0.2 σ ’ _zg

где σ ’ _zg - природное вертикальное напряжение на глубине H_с.

При залегании сильносжимаемых грунтов с модулем деформации E₀ ≤ 5 МПа ниже глубины, соответствующей условию, деформации учитывают до σ ’ _zp≤ 0.1 σ ’ _zg

С целью проверки выполнения условия или условия σ _zg строят эпюру в том же масштабе.

Найдя значения σ _zg в пределах сжимаемой толщи, последнюю разбивают на слои применительно к напластованию грунтов. При большой толщине отдельных пластов их делят на слои толщиной h_i не более 0, 4b (где b— ширина подошвы фундамента). Зная среднее давление σ _zp_,_i в каждом слое сжимаемой толщи, находят осадки фундамента s в виде суммы осадок поверхностей отдельных слоев: ; где п — число слоев грунта в пределах сжимаемой толщи; h_i — толщина i-го слоя грунта; т_Vi — коэффициент относительной сжимаемости i-го слоя грунта, β — коэффициент, зависящий от коэффициента бокового расширения грунта ν; Е₀_i — модуль деформации грунта i-го слоя.

В основу метода послойного суммирования положены следующие допущения: грунт в основании представляет собой сплошное, изотропное, линейно-деформированное тело; осадка обусловлена действием только напряжения σ _zp, остальные пять компонентов напряжений не учитываются; боковое расширение грунта в основании невозможно; напряжение σ _zpопределяется под центром подошвы фундамента; при определении напряжения σ _zpразличием в сжимаемости грунтов отдельных слоев пренебрегают; фундаменты не обладают жесткостью; деформации рассматриваются только в пределах сжимаемой толщи мощностью Н_с; значение коэффициента β принимается равным 0, 8 незавиcимо от характера грунта.

Метод линейно –деформируемого слоя При этом были приняты следующие допущения: грунт рассматриваемого слоя представляет собой линейно деформируемое тело;

деформации в слое грунта развиваются под действием всех компонентов напряжений; осадка фундамента равна средней осадке поверхности слоя грунта, развивающейся под действием местной равномерно распределенной нагрузки; фундамент не обладает жесткостью; распределение напряжений в слое грунта соответствует задаче однородного полупространства, а жесткость подстилающего слоя учитывается поправочным коэффициентом k_с.

С учетом допущений получена формула осадки фундамент

где k — коэффициент, зависящий от формы подошвы фундамента и отношения толщины слоя однородного грунта Н к ширине подошвы b, определяемый по СНиП 2.02.01—83; ν — коэффициент бокового расширения грунта; р — среднее давление по подошве фундамента, принимаемое без вычета природного давления на глубине его заложения; k_c — коэффициент, учитывающий концентрацию напряжений при наличии жесткого подстилающего слоя; Ео — модуль деформации грунта.

Значение коэффициента k_c зависит от отношения 2Н/b= ζ '’ [(где Н — мощность сжимаемой толщи) Для слоистого залегания грунтов (рис. 7.2, 6) в СНиП 2.02.01—83 формула (7.8) приведена к виду k_m- эмпирический коэффициент, принимаемый по СНиП 2.02.01—83, табл. 3, прилож. 2; k_i и k_i_-1 — коэффициенты, принимаемые по СНиП 2.02.01—83, табл, 4, прилож. 2; E₀_i — модуль деформации i - го слоягрунта.

Мощность сжимаемой толщи H, в пределах которой следует учитывать деформации грунта основания, устанавливается по эмпирической формуле

H=(H₀+ψ b)k_P (7.10)

где b- ширина подошвы фундамента, м; k_P — коэффициент (принимается k_P = 0, 8 при среднем давлении под подошвой фундамента р = 100 кПа; k_P = 1, 2 при р = 500 кПа, при промежуточных значениях — по интерполяции): H₀ и ψ принимаются в зависимости от вида грунта;

Метод линейно деформируемого слоя для определения осадки обычно используется при ширине подошвы фундаментов более 10 м.

12 3 Следующая ⇒