Вказівки з розрахунку осідання фундаменту метоДом пошарового підсумовування
Осідання розраховують цим методом в такій послідовності.
1. Товщу ґрунтового масиву, починаючи від підошви фундаменту, розбивають на шари товщиною не більше 0,2b (b – ширина фундаменту). При цьому межа між шарами з різними модулями деформації повинна бути і межею між шарами методу. Початково ґрунтову товщу під фундаментом розбивають на шари до глибини ≈2b.
2. Визначають середній тиск під підошвою фундаменту р за формулою (7).
3. Визначають вертикальне напруження від власної ваги ґрунту на рівні підошви фундаменту σzg,0' до початку будівництва
σzg,0' = γ'dn,
де γ' – усереднене значення питомої ваги ґрунту, розташованого вище підошви фундаменту;
dn – глибина закладання фундаменту від рівня природного рельєфу (для виконання завдання приймаємо dn = d).
Усереднення характеристик ґрунту при багатошаровій основі, яка складається із шарів товщиною h1, h2,…., здійснюється за формулою (10).
4. Будують епюру вертикальних напружень за глибиною σzp.i, яка має вигляд, показаний на рис. 1. Ординати епюри визначаються по межах шарів ґрунту, на які розбита стислива товща, за формулою
sz,pi = ap, (11)
де α – коефіцієнт затухання напружень з глибиною, який приймається за [6, 8] у залежності від коефіцієнтів ξ = 2Zі/b; η = l/b;
Zi – глибина розташування точки, в якій визначається σzp.i, від підошви фундаменту.
5. Будують епюру вертикальних напружень від власної ваги ґрунту по глибині основи σzg,і після зведення будівлі (див. рис. 1). Вертикальне напруження від власної ваги ґрунту на межі шару, розташованого на глибині Z від підошви фундаменту, визначається за формулою
(12)
де γі та hi – відповідно питома вага та товщина шарів ґрунту, які лежать
у межах глибини Z (у межах цієї глибини кількість шарів дорівнює m).
Рисунок 1 – Епюри напружень під підошвою фундаменту за методом пошарового підсумовування
Питома вага ґрунтів, розташованих нижче рівня підземних вод, але вище водоупору, повинна прийматись з урахуванням виважувальної дії води (за винятком глин). Питома вага ґрунту з урахуванням виважувальної дії води визначається за формулою
(13)
де γw – питома вага води (10 кН/м3).
При визначенні σzg у водоупорному шарі належить врахувати тиск стовпа води, розташованого вище даної глибини.
6. Будують епюру вертикальних напружень від власної ваги ґрунту, знятого в котловані до рівня підошви фундаменту, σzγ,і по глибині основи
(див. рис. 1). Вертикальне напруження σzγ,і на межі шару, розташованого на глибині Z від підошви фундаменту, визначається за формулою
szγ,i = aк σzg,0', (14)
де αк – коефіцієнт затухання напружень з глибиною, який приймається за [6] у залежності від коефіцієнтів ξ = 2Zі/bк; η = lк/bк;
lк та bк – відповідно довжина і ширина котловану.
7. Визначають положення межі стисливої товщі основи. Вона приймається на глибині Zi = Нс, де виконується умова
σzp.i ≤ k σzg, (15)
де а) k = 0,2 при b ≤ 5 м;
б) k = 0,5 при b > 20 м;
в) при 5 < b ≤ 20 м k визначають інтерполяцією.
Побудова епюр σzp, σzg та σzγ обмежується цією глибиною.
Якщо в межах глибини Нс, знайденої за вказаними вище умовами, залягає шар ґрунту з модулем деформації Е > 100 МПа, стисливу товщу допускається приймати до покрівлі цього ґрунту.
Якщо знайдена за умови (15) межа стисливої товщі знаходиться в шарі ґрунту з модулем деформації Е < 5 МПа, нижня межа цієї товщі визначається згідно з умовою σzp ≤ 0,1 σzg.
8. Визначають осідання кожного із шарів, на які розбита товща ґрунтового масиву в межах глибини Нс. Осідання і-того шару
(16)
де β – безрозмірний коефіцієнт, який дорівнює 0,8;
σzp,ісер. – середнє значення вертикального напруження від зовнішнього навантаження в і-тому шарі ґрунту, яке дорівнює півсумі вказаних напружень на верхній Zi-1 та нижній Zi межах шару
(17)
hi – товщина і-того шару ґрунту;
Еі - модуль деформації цього шару за гілкою первинного навантаження;
σzγ,ісер. – середнє значення вертикального напруження від власної ваги ґрунту, вийнятого з котловану, в і-тому шарі ґрунту, яке дорівнює півсумі вказаних напружень на верхній Zi-1 та нижній Zi межах шару
(18)
Ее,і - модуль деформації і-го шару ґрунту за гілкою вторинного навантаження (модуль пружності).
Еі та Ее,і визначаються в межах діючих навантажень від власної ваги ґрунту і будівлі. При відсутності даних випробувань модуль деформації Ее,і для споруд рівнів відповідальності СС1, СС2 допускається приймати Ее,і = 5 Еі.
9. Визначають повне осідання основи додаванням осідань окремих шарів
(19)
де n – кількість шарів, на які розбита стислива товща основи (в межах Нс).
10. При розрахунках осідань фундаментів, що зводять у котлованах глибиною менше ніж 5 м, допускається у формулі (16) не враховувати другу складову.
11. Одержане значення розрахункового осідання основи порівнюють з гранично допустимим значенням осідання Su, яке визначається за [6].
Якщо гранична нерівність S ≤ Su виконується, то розрахунок можемо вважати закінченим, у іншому випадку необхідно збільшити розміри підошви фундаменту та повторити розрахунок осідання.
ПРИКЛАДИ РОЗРАХУНКУ
6.1 Аналіз інженерно-геологічних умов будівельного майданчика (підготовка даних для розрахунку)
Вихідні дані.
Найменуван-ня ґрунту | Потужність шару, м | γІІ, кН/м3 | γs кН/м3 | W | WL | Wр | φІІ, град. | СІІ, кПа | ![]() | р, кПа | s, м |
Насипний шар (суглинистий) | 0,5-1,2 | 16,4 | 26,0 | 0,20 | - | - | - | - | - | - | - |
Суглинок буро-вато-жовтий | 3,1-3,9 | 17,4 | 26,8 | 0,20 | 0,32 | 0,20 | 0,34 | 0,0030 0,0072 0,0111 0,0212 | |||
Супісок з гніздами піску | 0,8-1,3 | 17,9 | 26,7 | 0,13 | 0,20 | 0,14 | - | - | 0,31 | - | - |
Суглинок жовтий | 1,0-1,6 | 17,9 | 26,8 | 0,17 | 0,28 | 0,18 | - | - | 0,35 | - | - |
Пісок пилуватий | Не обмеж. | 18,5 | 26,4 | 0,21 | - | - | - | - | 0,28 | - | - |
Рівень ґрунтових вод – 7,0 м.
За даними інженерно-геологічних вишукувань встановлюємо типи ґрунтів та визначаємо їх характеристики.
Число пластичності для глинистих ґрунтів з уточненням їх виду:
Показник текучості для глинистих ґрунтів з визначенням стану за консистенцією:
Для кожного типу ґрунта визначаємо коефіцієнт пористості в природному стані і для піщаних ґрунтів визначаємо щільність складення:
Для кожного типу ґрунту визначаємо ступінь вологості і для піщаних ґрунтів визначаємо ступінь заповнення пор водою:
Для суглинок буровато-жовтого, де є випробування штампом, визначаємо модуль деформації Е на прямолінійній ділянці графіка деформування (рис. 2):
,
де Р – питомий тиск на штамп , кПа;
А – площа штампа , А=0,5м2 ;
d – діаметр штампа , d=1,13 =1,13
0,5=0,8м ;
S – осідання штампа , м;
- коефіцієнт Пуасона.
Рисунок 2 – Графік деформування ґрунту ІГЕ2
Інші характеристики с, і Е визначаємо за таблицями норм [6].
Для розрахунку попередніх розмірів фундаментів визначають розрахункові опори ґрунтів R0 за таблицями норм [6].
Всі результати зводимо до табл. 6. На рисунку 3 показаний інженерно-геологічний розріз будівельного майданчику.
Таблиця 6 - Фізико-механічні характеристики ґрунтів
Найменування ґрунту | γІІ, кН/м3 | γs кН/м3 | W | WL | Wр | Ір | І1 | e | Sr | СІІ, кПа | φІІ, град. | ![]() | Е, МПа | Ro, кПа |
Насипний шар (суглинистий) | 16,4 | 26,0 | 0,20 | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - |
Суглинок буро-вато-жовтий, напівтіердий | 17,4 | 26,8 | 0,20 | 0,32 | 0,20 | 0,12 | 0,85 | 0,63 | 0,34 | 15,6 | ||||
Супісок з гніздами піску, твердий | 17,9 | 26,7 | 0,13 | 0,20 | 0,14 | 0,06 | <0 | 0,69 | 0,50 | 0,31 | ||||
Суглинок жовтий, твердий | 17,9 | 26,8 | 0,17 | 0,28 | 0,18 | 0,10 | <0 | 0,75 | 0,61 | 0,35 | ||||
Пісок пилуватий, сер. щільн., вологий | 18,5 | 26,4 | 0,21 | - | - | - | - | 0,73 | 0,76 | 0,28 |
Рівень ґрунтових вод – 7,0 м.
Рисунок 3 – Інженерно-геологічний розріз