Определение осадок фундаментов, их неравномерностей и кренов. Уточнение размеров фундаментов.

Целью расчетов оснований по деформациям является ограничение абсолютных или относительных перемещений фундаментов и надфундаментных конструкций такими пределами, при которых гарантируется нормальная эксплуатация сооружения и не снижается его долговечность (вследствие появления недопустимых осадок, подъемов, кренов, изменений проектных уровней и положений конструкций, расстройств их соединений и т.п.). Следует отметить, что прочность и трещиностойкость самих фундаментов и надфундаментных конструкций проверяются расчетом, учитывающим взаимодействие сооружения с основанием (возникающие при этом усилия и деформации).

В курсовой работе рассматриваем только один из видов возможных деформаций основания – осадку основания в различных точках подошвы фундамента, что обеспечивает определение осадки центра подошвы, неравномерности осадок краев, крена фундамента.

Расчет осадок ведется методом послойного суммирования, который позволяет учесть этапность возведения сооружения и неоднородность основания, выражающуюся в изменении модуля деформации по глубине.

Осадка определяется по схеме полупространства с условным ограничением сжимаемой толщи по формуле:

где – безразмерный коэффициент, характеризующий боковое расширение грунта;

– модуль деформации i-го слоя грунта;

– толщина i-го слоя грунта;

– число слоев, на которые разделена сжимаемая толща основания;

– дополнительное к природному вертикальное напряжение в середине i-го слоя.

определяется по формуле:

где α – коэффициент, учитывающий изменение дополнительного давления по глубине, и зависящий от формы подошвы фундамента (l/b) и относительной глубины, дзетта , принимаемый по табл. 1, стр. 30 прил. 2 СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений». Данная таблица является обобщением результатов решений уравнений теории упругости, полученных Буссинеском (1885г.) и Фламаном (1892г.) для случаев плоской и объемной задач.

Расчеты ведутся в следующей последовательности.

Сначала вычисляем p₀ – дополнительное к природному вертикальное давление на грунтовое основание:

где р – среднее давление под подошвой фундамента,

– вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента, действовавшие до начала строительства (с учетом взвешивания),

- осредненный удельный вес грунта выше подошвы фундамента, определяется по формуле:

где – определяем по формулам стр. 15 данного пособия,

– заглубление подошвы фундамента ниже УГВ.

Таким образом,

где N_c – нагрузка от сооружения (вертикальная составляющая сил по обрезу фундамента),

=2,2 тс/м³ – удельный вес фундамента и грунта на его уступах;

=1,0 тс/м³ – удельный вес воды;

А – площадь подошвы фундамента;

d – глубина заложения фундамента.

Определив p₀, строим график распределения по оси z (по глубине). При этом вычисления удобно вести в табличной форме (пример для квадратного в плане фундамента).

Таблица 2

z
		0,4	0,8	1,2	1,6		2,4	2,8	3,2	3,6	4,0
a		0,96	0,8	0,606	0,449	0,396	0,251	0,201	0,160	0,131	0,108
, тс/м2

На расчетной схеме по точкам строим график , рис.12.

Затем строим эпюру вертикальных напряжений от собственного веса грунта – . Расчет ведем от отметки природного рельефа.

Значения определяют в характерных точках на границах слоев грунтов, с учетом взвешивающего действия воды по формуле:

Расчеты удобно вести в табличной форме:

Таблица 3

h, м
, тс/м2
, тс/м2

Графики , и должны быть выполнены на расчетной схеме в одинаковом масштабе. Далее находим точку пересечения графиков и , которая определяет Н_с – сжимаемую толщу основания, в пределах которой происходит сжатие грунта. Считается, что более глубокие слои грунта с Н>H_c, где вертикальное напряжение от сооружения составляют менее 20% от природных напряжений не влияют на осадку основания. Что характерно для большинства видов грунтов (для слабых грунтов с Е<5МПа этот критерий – 10%).

Рис. 12. Расчетная схема к определению сжимаемой толщи Нс

Полученную активную толщу Н_с делим на слои с толщиной таким образом, чтобы в пределах одного слоя грунт был однородным (рис. 13). В середине каждого слоя определяем по графику значения и вычисляем осадку i-го слоя по формуле:

Расчеты удобно вести в табличной форме, таблица 4.

Окончательно суммируем осадку слоев и находим общую осадку – S.

Масштаб: М 1:50

Масштаб напряжений 1см – 5тс/м²

Рис.13. Расчетная схема для определения осадки фундамента

Таблица 4

№ слоя	,	, м	,	, м
S=

Найденная расчётная величина осадки S сравнивается с предельным значением осадки - .

Согласно принципу проектирования фундаментов по деформациям, заложенному в СНиПе, размеры подошвы фундамента должны быть назначены такими, чтобы было выполнено условие:

(1)

где S – абсолютное значение осадки отдельного фундамента, рассчитанного исходя из наиболее неблагоприятных условий (ожидаемая осадка основания по расчёту).

– предельное значение абсолютной осадки, установленное заданием на проектирование или СНиПом (предельно допустимая совместная осадка основания и сооружения).

Соблюдение условия (1) является необходимым, но не достаточным. Основным расчётом оснований и фундаментов зданий и сооружений на совместность деформаций является проверка относительной неравномерности осадок фундаментов или крена.

Следует отметить, что даже незначительные осадки основания, будучи неравномерными, приводят к катастрофическому перераспределению напряжений в конструкциях зданий и сооружений.