Расчет оснований по несущей способности

2.57. Целью расчета оснований по несущей способности являются обеспечение прочности и устойчивости оснований, а также недопущение сдвига фундамента по подошве и его опрокидывания. Принимаемая в расчете схема разрушения основания (при достижении им предельного состояния) должна быть как статически, так и кинематически возможна для данного воздействия и конструкции фундамента или сооружения.

2.58. Расчет оснований по несущей способности производится исходя из условия

F £ g_cF_u/g_n, (11)

где F - расчетная нагрузка на основание, определяемая по указаниям пп. 2.5-2.8;

F_u - сила предельного сопротивления основания;

g_с - коэффициент условий работы, принимаемый:

для песков, кроме пылеватых g_с = 1,0

для песков пылеватых, а также пылевато-глинистых грунтов

в стабилизированном состоянии g_с = 0,9

для пылевато-глинистых грунтов в нестабилизированном состоянии g_с = 0,85

для скальных грунтов:

невыветрелых и слабовыветрелых g_с = 1,0

выветрелых g_с = 0,9

сильновыветрелых g_с = 0,8

g_n - коэффициент надежности по назначению сооружения, принимаемый равным 1,2; 1,15 и 1,10 соответственно для зданий и сооружений I, II и III классов.

2.59. Вертикальная составляющая силы предельного сопротивления основания, сложенного скальными грунтами N_u, кН (тс), независимо от глубины заложения фундамента вычисляется по формуле

(12)

где R_c - расчетное значение предела прочности на одноосное сжатие скального грунта, кПа (тс/м²);

и - соответственно приведенные ширина и длина фундамента, м, вычисляемые по формулам:

(13)

здесь e_b и e_l - соответственно эксцентриситеты приложения равнодействующей нагрузок в направлении поперечной и продольной осей фундамента, м.

2.60. Сила предельного сопротивления основания, сложенного нескальными грунтами в стабилизированном состоянии, должна определяться исходя из условия, что соотношение между нормальными s и касательными напряжениями t по всем поверхностям скольжения, соответствующее предельному состоянию основания, подчиняется зависимости

(14)

где j_I и c_I - соответственно расчетные значения угла внутреннего трения и удельного сцепления грунта (пп. 2.12-2.14).

2.61. Сила предельного сопротивления основания, сложенного медленно уплотняющимися водонасыщенными пылевато-глинистыми и биогенными грунтами (при степени влажности S_r ³ 0,85 и коэффициенте консолидации с_n £ 10⁷ см²/год), должна определяться с учетом возможного нестабилизированного состояния грунтов основания за счет избыточного давления в поровой воде u. При этом соотношение между нормальными s и касательными напряжениями t принимается по зависимости

(15)

где j_I и с_I - соответствуют стабилизированному состоянию грунтов основания.

Избыточное давление в поровой воде допускается определять методами фильтрационной консолидации грунтов с учетом скорости приложения нагрузки на основание. При соответствующем обосновании (высокие темпы возведения сооружения или нагружения его эксплуатационными нагрузками, отсутствие в основании дренирующих слоев грунта или дренирующих устройств) допускается в запас надежности принимать избыточное давление в поровой воде равным нормальному напряжению по площадкам скольжения (u = s) или принимать значения j_I и с_I соответствующими нестабилизированному состоянию грунтов основания.

2.62. Вертикальную составляющую силы предельного сопротивления N_u основания, сложенного нескальными грунтами в стабилизированном состоянии, допускается определять по формуле (16), если фундамент имеет плоскую подошву и грунты основания ниже подошвы однородны до глубины не менее ее ширины, а в случае различной вертикальной пригрузки с разных сторон фундамента интенсивность большей из них не превышает 0,5R (R - расчетное сопротивление грунта основания, определяемое в соответствии с пп.2.41.-2.48):

(16)

где и - обозначения те же, что в формуле (12), причем символом b обозначена сторона фундамента, в направлении которой предполагается потеря устойчивости основания;

N_г, N_q, N_c - безразмерные коэффициенты несущей способности, определяемые по табл.7 в зависимости от расчетного значения угла внутреннего трения грунта ц_I и угла наклона к вертикали д равнодействующей внешней нагрузки на основание F в уровне подошвы фундамента;

и - расчетные значения удельного веса грунтов, кН/м³ (тс/м³), находящихся в пределах возможной призмы выпирания соответственно ниже и выше подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяются с учетом взвешивающего действия воды);

с₁ - расчетное значение удельного сцепления грунта, кПа (тс/м² );

d - глубина заложения фундамента, м (в случае неодинаковой вертикальной пригрузки с разных сторон фундамента принимается значение d, соответствующее наименьшей пригрузке, например, со стороны подвала);

xg, x_q, x_c - коэффициенты формы фундамента, определяемые по формулам:

xg = 1 - 0,25/h; x_q = 1 + 1,5/h; x_c = 1 + 0,3/h, (17)

здесь h = l/b;

l и b - соответственно длина и ширина подошвы фундамента, принимаемые в случае внецентренного приложения равнодействующей нагрузки равными приведенным значениям , определяемым по формулам (13).

Если h = l/b < 1, в формулах (17) следует принимать h = 1.

Угол наклона к вертикали d равнодействующей внешней нагрузки на основание определяется из условия

tg d = F_h /F_v, (18)

где F_h и F_v - соответственно горизонтальная и вертикальная составляющие внешней нагрузки на основание F в уровне подошвы фундамента.

Расчет по формуле (16) допускается выполнять, если соблюдается условие

tg d < sin j_I. (19)

Примечания: 1. При использовании формулы (16) в случае неодинаковой пригрузки с разных сторон фундамента в составе горизонтальных нагрузок следует учитывать активное давление грунта.

2. Если условие (19) не выполняется, следует производить расчет фундамента на сдвиг по подошве (п.2.63).

Таблица 7

Угол внутреннего грунта jI, град	Обозначение коэффициентов	Коэффициенты несущей способности Ng, Nq, Nc при углах наклона к вертикали равнодействующей внешней нагрузки d, град, равных
	Ng		-	-	-	-	-	-	-	-	-
Nq	1,00
Nc	5,14
	Ng	0,20		d / = 4,9	-	-	-	-	-	-	-
Nq	1,57
Nc	6,49
	Ng	0,60	0,42		d / = 9,8	-	-	-	-	-	-
Nq	2,47	2,16
Nc	8,34	6,57
	Ng	1,35	1,02	0,61		d / = 14,5	-	-	-	-	-
Nq	3,94	3,45	2,84
Nc	10,98	9,13	6,88
	Ng	2,88	2,18	1,47	0,82		d / = 18,9	-	-	-	-
Nq	6,40	5,56	4,64	3,64
Nc	14,84	12,53	10,02	7,26
	Ng	5,87	4,50	3,18	2,00	1,05		d / = 22,9	-	-	-
Nq	10,66	9,17	7,65	6,13	4,58
Nc	20,72	17,53	14,26	10,99	7,68
	Ng	12,39	9,43	6,72	4,44	2,63	1,29		d / = 26,5	-	-
Nq	18,40	15,63	12,94	10,37	7,96	5,67
Nc	30,14	25,34	20,68	16,23	12,05	8,09
	Ng	27,50	20,58	14,63	9,79	6,08	3,38		d / = 29,8	-	-
Nq	33,30	27,86	22,77	18,12	13,94	10,24
Nc	46,12	38,36	31,09	24,45	18,48	13,19
	Ng	66,01	48,30	33,84	22,56	14,18	8,26	4,30		d / = 32,7	-
Nq	64,19	52,71	42,37	33,26	25,39	18,70	13,11
Nc	75,31	61,63	49,31	38,45	29,07	21,10	14,43
	Ng	177,61	126,09	86,20	56,50	32,26	20,73	11,26	5,45		d / = 35,2
Nq	134,87	108,24	85,16	65,58	49,26	35,93	25,24	16,42
Nc	133,87	107,23	84,16	64,58	48,26	34,93	24,24	15,82

Примечания: 1. При промежуточных значениях j_I и d коэффициенты N_g, N_q, N_c допускается определять по интерполяции.

2. В фигурных скобках приведены значения коэффициентов несущей способности, соответствующие предельному значению угла наклона нагрузки d^/, исходя из условия (19).

2.63. Расчет фундамента на сдвиг по подошве производится исходя из условия

(20)

где и - суммы проекций на плоскость скольжения соответственно расчетных сдвигающих и удерживающих сил, определяемых с учетом активного и пассивного давлений грунта на боковые грани фундамента;

g_с и g_n - обозначения те же, что в формуле (11).

2.64. Расчет оснований по несущей способности допускается выполнять графоаналитическими методами (круглоцилиндрических или ломаных поверхностей скольжения), если:

а) основание не однородно по глубине;

б) пригрузка основания с разных сторон фундамента не одинакова, причем интенсивность большей из них превышает 0,5R (R - расчетное сопротивление грунта основания, определяемое в соответствии с пп.2.41-2.48);

в) сооружение расположено на откосе или в близи откоса;

г) возможно возникновение нестабилизированного состояния грунтов основания, за исключением случаев, указанных в п.2.65.

2.65. Предельное сопротивление основания (однородного ниже подошвы фундамента до глубины не менее 0,75b), сложенного медленно уплотняющимися водонасыщенными грунтами (п.2.61), допускается определять следующим образом.

Вертикальную составляющую силы предельного сопротивления основания ленточного фундамента n_u, кН/м (тс/м), - по формуле

n_u = b´[q + (1 + p - a + cos a) c_I], (21)

где b^/ - обозначение то же, что в формуле (12), м;

q - пригрузка с той стороны фундамента, в направлении которой действует горизонтальная составляющая нагрузки, кПа (тс/м² );

с₁ - обозначение то же, что в формуле (14), кПа (тс/м²);

p = 3,14;

a - угол, рад, определяемый по формуле

a = arcsin (f_h/b´c_I), (22)

здесь f_h - горизонтальная составляющая расчетной нагрузки на 1 м длины фундамента, определяемая с учетом активного давления грунта, кН/м (тс/м).

Формулу (21) допускается использовать, если выполняется условие

f_h = b´c₁. (23)

Силу предельного сопротивления основания прямоугольного фундамента (l = 3b) при действии на него вертикальной нагрузки допускается определять по формуле (16), полагая j_I = 0 и x_c = 1 + 0,11h.

Во всех случаях, если на фундамент действуют горизонтальные нагрузки и основание сложено грунтами в нестабилизированном состоянии, следует производить расчет фундамента на сдвиг по подошве (п.2.63).

2.66. Устойчивость фундаментов на действие сил морозного пучения грунтов необходимо проверять, если основание сложено пучинистыми.