Расчет осадки оснований и фундаментов при использовании многолетнемерзлых грунтов по принципу I

Расчет оснований по второй группе предельных состояний (по деформациям) производится исходя из условия

s_f £ s_u, (7.16)

где s_f - деформация пластичномерзлого основания под нагрузкой от сооружения;

s_u - предельно допустимая деформация основания сооружения за расчетный срок его эксплуатации, определяется согласно СП 22.13330.2011.

Осадки оснований фундаментов, возводимых на пластичномерзлых грунтах, следует определять:

а) для столбчатых фундаментов - в соответствии с указаниями СП 22.13330.2011, применяя расчетную схему в виде линейно-деформируемого полупространства или линейно-деформируемого слоя конечной толщины;

б) для одиночных свайных фундаментов

- по данным полевых испытаний свай статической вдавливающей нагрузкой,

- для кустов или групп свай - согласно указаниям СП 24.13330.2011 с использованием расчетных схем, основанных на модели грунта как линейно-деформируемой среды.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСАДКИ ОСНОВАНИЯ ФУНДАМЕНТОВ. Осадку основания фундамента s, см, с использованием расчетной схемы в виде линейно деформируемого полупространства определяют методом послойного суммированияпо формуле

(3.3)

где b - безразмерный коэффициент, равный 0,8; s_zp,i - среднее значение вертикального нормального напряжения (далее - вертикальное напряжение) от внешней нагрузки в i-м слое грунта по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента, кПа; h_i - толщина i-го слоя грунта, см, принимаемая не более 0,4 ширины фундамента; E_i - модуль деформации i-го слоя грунта по ветви первичного нагружения, кПа; s_zg,i - среднее значение вертикального напряжения в i-м слое грунта по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента, от собственного веса выбранного при отрывке котлована грунта, кПа; Е_е,i - модуль деформации i-го слоя грунта по ветви вторичного нагружения (при отсутствии опытных определений модуля деформации Е_е,i для сооружений II и III уровней ответственности допускается принимать Е_е,i = 5Е_i.), кПа; п - число слоев, на которые разбита сжимаемая толща.

Распределение вертикальных напряжений по глубине основания принимают в соответствии со схемой, приведенной на рис. 3.1. Средние значения напряжений s_zp,i и s_zg,i в i-м слое грунта допускается вычислять как полусумму соответствующих напряжений на верхней z_i-1 и нижней z_i границах слоя.

При возведении сооружения в отрываемом котловане следует различать три следующих значения вертикальных напряжений: s_zg - от собственного веса грунта до начала строительства; s_zu - после отрывки котлована; s_z - после возведения сооружения.

Условные обозначения: DL - отметка планировки; NL - отметка поверхности природного рельефа; FL - отметка подошвы фундамента; WL - уровень подземных вод; В,С - нижняя граница сжимаемой толщи; d и dп - глубина заложения фундамента соответственно от уровня планировки и поверхности природного рельефа; b - ширина фундамента; р - среднее давление под подошвой фундамента; szg и szg,0 - вертикальное напряжение от собственного веса грунта на глубине z от подошвы фундамента и на уровне подошвы; szp и szp,0 - вертикальное напряжение от внешней нагрузки на глубине z от подошвы фундамента и на уровне подошвы; szg,i - вертикальное напряжение от собственного веса вынутого в котловане грунта в середине i-го слоя на глубине z от подошвы фундамента; Нс - глубина сжимаемой толщи

Рис. 3.1. Схема распределения вертикальных напряжений в линейно-деформируемом полупространстве

При определении средней осадки основания фундамента все величины в формуле (3.3) допускается определять для вертикали, проходящей через точку, лежащую посередине между центром и углом (для прямоугольных фундаментов) или на расстоянии r_c = (r₁ + r₂)/2 от центра, где r₁ - внутренний, а r₂ - внешний радиус круглого или кольцевого фундамента (для круглого фундамента r₁ = 0).

Вертикальные напряжения от внешней нагрузки s_zp = s_z - s_zu зависят от размеров, формы и глубины заложения фундамента, распределения давления на грунт по его подошве и свойств грунтов основания. Для прямоугольных, круглых и ленточных фундаментов значения s_zp, кПа, на глубине z от подошвы фундамента по вертикали, проходящей через центр подошвы, определяют по формуле

s_zp = ap, (3.4)

где р - среднее давление под подошвой фундамента, кПа, a - коэффициент, принимаемый по табл. 4.27 в зависимости от относительной глубины x, равной 2z/b; b - ширина или диаметр фундамента, l - длина фундамента. Для фундаментов, имеющих подошву в форме правильного многоугольника с площадью А, значения a принимают как для круглых фундаментов радиусом

Таблица 4.27

Значения коэффициента a, принимаемого в зависимости от значения x = z/b

x	Коэффициент a для фундаментов
круглых	прямоугольных с соотношением сторон h = l/b, равным	ленточных (h ³ 10)
1,0	1,4	1,8	2,4	3,2
	1,000	1,000	1,000	1,000	1,000	1,000	1,000	1,000
0,4	0,949	0,960	0,972	0,975	0,976	0,977	0,977	0,977
0,8	0,756	0,800	0,848	0,866	0,876	0,879	0,881	0,881
1,2	0,547	0,606	0,682	0,717	0,739	0,749	0,754	0,755
1,6	0,390	0,449	0,532	0,578	0,612	0,629	0,639	0,642
2,0	0,285	0,336	0,414	0,463	0,505	0,530	0,545	0,550
2,4	0,214	0,257	0,325	0,374	0,419	0,449	0,470	0,477
2,8	0,165	0,201	0,260	0,304	0,349	0,383	0,410	0,420
3,2	0,130	0,160	0,210	0,251	0,294	0,329	0,360	0,374
3,6	0,106	0,131	0,173	0,209	0,250	0,285	0,319	0,337
4,0	0,087	0,108	0,145	0,176	0,214	0,248	0,285	0,306
4,4	0,073	0,091	0,123	0,150	0,185	0,218	0,255	0,280
4,8	0,062	0,077	0,105	0,130	0,161	0,192	0,230	0,258
5,2	0,053	0,067	0,091	0,113	0,141	0,170	0,208	0,239
5,6	0,046	0,058	0,079	0,099	0,124	0,152	0,189	0,223
6,0	0,040	0,051	0,070	0,087	0,110	0,136	0,173	0,208
6,4	0,036	0,045	0,062	0,077	0,099	0,122	0,158	0,196
6,8	0,031	0,040	0,055	0,069	0,088	0,110	0,145	0,185
7,2	0,028	0,036	0,049	0,062	0,080	0,100	0,133	0,175
7,6	0,024	0,032	0,044	0,056	0,072	0,091	0,123	0,166
8,0	0,022	0,029	0,040	0,051	0,066	0,084	0,113	0,158
8,4	0,021	0,026	0,037	0,046	0,060	0,077	0,105	0,150
8,8	0,019	0,024	0,033	0,042	0,055	0,071	0,098	0,143
9,2	0,017	0,022	0,031	0,039	0,051	0,065	0,091	0,137
9,6	0,016	0,020	0,028	0,036	0,047	0,060	0,085	0,1 32
10,0	0,015	0,019	0,026	0,033	0,043	0,056	0,079	0,126
10,4	0,014	0,017	0,024	0,031	0,040	0,052	0,074	0,122
10,8	0,013	0,016	0,022	0,029	0,037	0,049	0,069	0,117
11,2	0,012	0,015	0,021	0,027	0,035	0,045	0,065	0,113
11,6	0,011	0,014	0,020	0,025	0,033	0,042	0,061	0,109
12,0	0,010	0,013	0,018	0,023	0,031	0,040	0,058	0,106

Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на отметке подошвы фундамента s_zg = s_zg - s_zu, кПа, на глубине z от подошвы прямоугольных, круглых и ленточных фундаментов определяют по формуле

Рис. 3.2. Схема к определению вертикальных напряжений в основании рассчитываемого фундамента с учетом влияния соседнего фундамента методом угловых точек: а - схема расположения рассчитываемого 1 и влияющего фундамента 2; б - схема расположения фиктивных фундаментов с указанием знака напряжений s_zр,сj - в формуле (3.6) под углом j-го фундамента

Нижнюю границу сжимаемой толщи основания принимают на глубине z = Н_c, где выполняется условие s_zp = 0,5s_zg. При этом глубина сжимаемой толщи не должна быть меньше Н_тiп, равной b/2 при b £ 10 м, (4 + 0,1b) при 10<b £ 60 м и 10 м при b > 60 м.

Если в пределах глубины Н_с, найденной по указанным выше условиям, залегает слой грунта с модулем деформации Е > 100 МПа, сжимаемую толщу допускается принимать до кровли этого грунта.

Если найденная по указанным выше условиям нижняя граница сжимаемой толщи находится в слое грунта с модулем деформации Е £ 7 МПа или такой слой залегает непосредственно ниже глубины z = Н_с, то этот слой включают в сжимаемую толщу, а за Н_с принимают минимальное из значений, соответствующих подошве слоя или глубине, где выполняется условие s_zp = 0,2s_zg.

При расчете осадки различных точек плитного фундамента глубину сжимаемой толщи допускается принимать постоянной в пределах всего плана фундамента (при отсутствии в ее составе грунтов с модулем деформации Е > 100 МПа).

Для предварительных расчетов деформаций основания фундаментов сооружений II и III уровней ответственности при среднем давлении под подошвой фундамента р, не превышающем расчетное сопротивление грунта R допускается применять расчетную схему в виде линейно деформируемого слоя, при соблюдении условий:

–ширина (диаметр) фундамента b ³ 10 м;

–среднее давление под подошвой фундамента р изменяется в пределах от 150 до 500 кПа;

–глубина заложения фундамента от уровня планировки d £ 5 м;

–в основании фундамента залегают грунты с модулем деформации Е ³ 10 MПa.

Расчет деформаций основания фундамента при среднем давлении под подошвой фундамента р, не превышающем расчетное сопротивление грунта R, следует выполнять, применяя расчетную схему в виде линейно деформируемого полупространства с условным ограничением глубины сжимаемой толщи Н_с. Среднюю осадку основания фундамента , см, с использованием расчетной схемы в виде линейно-деформируемого слоя (рис. 3.3), определяют по формуле

(3.8)

где р - среднее давление под подошвой фундамента; b - ширина прямоугольного или диаметр круглого фундамента; k_с и k_т - коэффициенты, принимаемые по табл. 4.28 и 4.29; п - число слоев, различающихся по сжимаемости в пределах расчетной толщи слоя Н, определяемой по формуле (3.9); k_i и k_i-1 - коэффициенты, определяемые по табл 4.30 в зависимости от формы фундамента, соотношения сторон прямоугольного фундамента и относительной глубины, на которой расположены подошва и кровля i-го слоя соответственно; E_i - модуль деформации i-го слоя грунта.

Рис. 3.3. Схема расчета осадок с использованием расчетной схемы основания в виде линейно-деформируемого слоя

Толщина линейно-деформируемого слоя H, м, вычисляется по формуле (рис. 3.3)

H = (H₀+ yb)k_p, (3.9)

где H₀ и y - принимаются соответственно равными для оснований, сложенных: глинистыми грунтами 9 м и 0,15; песчаными грунтами - 6 м и 0,1; k_р - коэффициент, принимаемый равным: k_р = 0,85 при среднем давлении под подошвой фундамента р = 150 кПа; k_р = 1,2 при р = 500 кПа, а при промежуточных значениях - по интерполяции.

Таблица 4.28

Значения коэффициента k_с

Относительная толщина слоя z = 2Н/b	Коэффициент kс
0 < z £ 0,5	1,5
0,5 < z £ 1	1,4
1 < z £ 2	1,3
2 < z £ 3	1,2
3 < z £ 5	1,1
z > 5	1,0

Таблица 4.29

Значения коэффициента k_m

Коэффициент kт при ширине фундамента b, м, равной
b < 10	10 £ b £ 15	b > 15
	1,35	1,5

Таблица 4.30

Значения коэффициента k

x = 2z/b	Коэффициент k для фундаментов
круглых	прямоугольных с соотношением сторон h = l/b, равным	ленточных (h ³ 10)
1,0	1,4	1,8	2,4	3,2
	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000
0,4	0,090	0,100	0,100	0,100	0,100	0,100	0,100	0,104
0,8	0,179	0,200	0,200	0,200	0,200	0,200	0,200	0,208
1,2	0,266	0,299	0,300	0,300	0,300	0,300	0,300	0,311
1,6	0,348	0,380	0,394	0,397	0,397	0,397	0,397	0,412
2,0	0,411	0,446	0,472	0,482	0,486	0,486	0,486	0,511
2,4	0,461	0,499	0,538	0,556	0,565	0,567	0,567	0,605
2,8	0,501	0,542	0,592	0,618	0,635	0,640	0,640	0,687
3,2	0,532	0,577	0,637	0,671	0,696	0,707	0,709	0,763
3,6	0,558	0,606	0,676	0,717	0,750	0,768	0,772	0,831
4,0	0,579	0,630	0,708	0,756	0,796	0,820	0,830	0,892
4,4	0,596	0,650	0,735	0,789	0,837	0,867	0,883	0,949
4,8	0,611	0,668	0,759	0,819	0,873	0,908	0,932	1,001
5,2	0,634	0,683	0,780	0,844	0,904	0,948	0,977	1,050
5,6	0,635	0,697	0,798	0,867	0,933	0,1981	1,018	1,095
6,0	0,645	0,708	0,814	0,887	0,958	1,011	1,056	1,138
6,4	0,653	0,719	0,828	0,904	0,980	1,041	1,090	1,178
6,8	0,661	0,728	0,841	0,920	1,000	1,065	1,122	1,215
7,2	0,668	0,736	0,852	0,935	1,019	1,088	1,152	1,251
7,6	0,674	0,744	0,863	0,948	1,036	1,109	1,180	1,285
8,0	0,679	0,751	0,872	0,960	1,051	1,128	1,205	1,316
8,4	0,684	0,757	0,881	0,970	1,065	1,146	1,229	1,347
8,8	0,689	0,762	0,888	0,980	1,078	1,162	1,251	1,376
9,2	0,693	0,768	0,896	0,989	1,089	1,178	1,272	1,404
9,6	0,697	0,772	0,902	0,998	1,100	1,192	1,291	1,431
10,0	0,700	0,777	0,908	1,005	1,110	1,205	1,309	1,456
11,0	0,705	0,786	0,922	1,022	1,132	1,233	1,349	1,506
12,0	0,720	0,794	0,933	1,037	1,151	1,257	1,384	1,550

Если основание сложено глинистыми и песчаными грунтами, значение H, м, определяется по формуле

H = H_s + h_cl/3,

где H_s - толщина слоя, вычисленная по формуле (3.8) в предположении, что основание сложено только песчаными грунтами; h_cl - суммарная толщина слоев глинистых грунтов в пределах от подошвы фундамента до глубины, равной Н_cl - значению Н, вычисленному по формуле (3.8) в предположении, что основание сложено только глинистыми грунтами.

Расчетные деформационные характеристики пластичномерзлых грунтов (коэффициент сжимаемости df или модуль деформации Ef) следует принимать по данным компрессионных испытаний в соответствии с ГОСТ 24586 при расчетной температуре грунта.