Определение несущей способности основания

Целью расчета оснований по несущей способности является 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 статически и кинематически возможна для данного воздействия и конструкции фундамента или сооружения.

Расчет оснований по несущей способности производят исходя из условия

_{F £} ^g c ^Fu _,

^g n

где F - расчетная нагрузка на основание, кН, определяемая в соответствии с указаниями;

F_u -сила предельного сопротивления основания,кН; g_с - коэффициент условий работы, принимаемый:

для песков, кроме пылеватых …………………………………………… 1,0

для песков пылеватых, а также глинистых грунтов в стабилизированном состоянии ……………………………………………………………………….0,9

для глинистых грунтов в нестабилизированном состоянии …………..0,85

для скальных грунтов:

невыветрелых и слабовыветрелых ……………………………………….1,0

выветрелых …………………………………………………………………0,9

сильновыветрелых …………………………………………………………0,8;

g_п - коэффициент надежности по назначению сооружения, принимаемый равным 1,2; 1,15 и 1,10 соответственно для сооружений I, II и III уровней ответственности.

Вертикальную составляющую силу предельного сопротивления основания N_u, кН, сложенного скальными грунтами, независимо от глубины заложения фундамента вычисляют по формуле:

N_u= R_cb'l',

где R_c - расчетное значение предела прочности на одноосное сжатие скального грунта, кПа;

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

b' = b - 2e_b;l' = l - 2e_l,

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

При проверке несущей способности основания фундамента следует учитывать, что потеря устойчивости может происходить по следующим возможным вариантам (в зависимости от соотношения вертикальной и горизонтальной составляющих равнодействующей, а также значения эксцентриситета):

- плоский сдвиг по подошве;

- глубинный сдвиг;

- смешанный сдвиг (плоский сдвиг по части подошвы и глубинный сдвиг по поверхности, охватывающей оставшуюся часть подошвы).

Необходимо учитывать форму фундамента и характер его подошвы, наличие связей фундамента с другими элементами сооружения, напластование и свойства грунтов основания.

Проверку устойчивости основания отдельного фундамента следует производить с учетом работы основания всего сооружения в целом.

Расчет оснований по несущей способности в общем случае следует выполнять методами теории предельного равновесия, основанными на поиске наиболее опасной поверхности скольжения и обеспечивающими равенство сдвигающих и удерживающих сил. Возможные поверхности скольжения, отделяющие сдвигаемый массив грунта от неподвижного, могут быть приняты круглоцилиндрическими, ломаными, в виде логарифмической спирали и другой формы.

Возможные поверхности скольжения могут полностью или частично совпадать с выраженными ослабленными поверхностями в грунтовом массиве или пересекать слои слабых грунтов; при их выборе необходимо учитывать ограничения на перемещения грунта, исходя из конструктивных особенностей сооружения. При расчете должны учитываться различные сочетания нагрузок, отвечающие как периоду строительства, так и периоду эксплуатации сооружения.

Для каждой возможной поверхности скольжения вычисляют предельную нагрузку. При этом используют соотношения между вертикальными, горизонтальными и моментными компонентами нагрузки, которые ожидаются в момент потери устойчивости, и описывают нагрузку одним параметром. Этот параметр определяется из условия равновесия сил (в проекции на заданную ось) или моментов (относительно заданной оси). В качестве предельной нагрузки принимают минимальное значение.

В число рассматриваемых при определении равновесия сил включают вертикальные, горизонтальные и моментные нагрузки от сооружения, вес грунта, фильтрационные силы, силы трения и сцепления по выбранной поверхности скольжения, активное и (или) пассивное давление грунта на сдвигаемую часть грунтового массива вне поверхности скольжения.

Вертикальную составляющую силы предельного сопротивления N_u, кН, основания, сложенного дисперсными грунтами в стабилизированном состоянии, допускается определять по формуле, 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).

N_u = b'l'(N_gx_gb'g_I+ N_qx_qg'_Id + N_cx_cc_I),

N_g, N_q, N_c -безразмерные коэффициенты несущей способности,определяемые взависимости от расчетного значения угла внутреннего трения грунта j_I и угла наклона к вертикали d равнодействующей внешней нагрузки на основание Fв уровне подошвы фундамента;

g_I и g'_I - расчетные значения удельного веса грунтов, кН/м³, находящихся в пределах возможной призмы выпирания соответственно ниже и выше подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяют с учетом взвешивающего действия воды для грунтов, находящихся выше водоупора);

c_I-расчетное значение удельного сцепления грунта,кПа;

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

x_g, x_q, x_c - коэффициенты формы фундамента

Расчет фундамента на сдвиг по подошве производят исходя из условия

SF_s,a£(g_cSF_s,r)/g_n,

где SF_s,a и SF_s,r - суммы проекций на плоскость скольжения соответственно расчетных сдвигающих и удерживающих сил, кН, определяемых с учетом активного

и пассивного давлений грунта на боковые грани фундамента, коэффициента трения подошвы фундамента по грунту, а также силы гидростатического противодавления (при уровне подземных вод выше подошвы фундамента).

6.24 Методы определения несущей способности сваи

Определение несущей способности свай по результатам полевых исследований.

Для определения несущей способности свай по результатам полевых испытаний для каждого здания или сооружения в соответствии со Сводом правил СП 24.13330.2011 Свайные фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 2.02.03-85 должно быть проведено не менее:

- статических испытаний свай и свай-штампов - 2;

- динамических испытаний свай - 6;

- испытаний грунтов эталонной сваей - 6;

- испытание свай-зондов - 6;

- испытаний статическим зондированием - 6.

Несущая способность F_d (кН) свай по результатам их испытаний вдавливающей, выдергивающей и горизонтальной статистической нагрузкой и по результатам их динамических испытаний определяется по формуле:

F_d = g_cF_u,n/g_g,

где g_c - коэффициент условий работы, принимаемый в случае вдавливающих или горизонтальных нагрузок g_c = 1, а в случае выдергивающих нагрузок при глубине погружения сваи или сваи-оболочки в грунт на 4 м и более g_c = 0,6 для всех видов зданий и сооружений;

F_u,n - нормативное значение предельного сопротивления сваи или сваи-оболочки, определяемое в соответствии с указаниями, кН; g_g - коэффициент надежности по грунту.

В случае, если число свай или свай-оболочек, испытанных в одинаковых грунтовых условиях, составляет менее 6 шт., нормативное значение предельного сопротивления сваи и сваи-оболочки в формуле следует принимать равным наименьшему предельному сопротивлению, полученному из результатов испытаний, т.е. F_u,n = F_u,min, а коэффициент надежности по грунту = 1.

В случае, если число свай или свай-оболочек, испытанных в одинаковых условиях, составляет 6 штук и более, значения F_u,n и g_g следует определять на основании результатов статистической обработки частных значений предельных сопротивлений свай F_u по графикам зависимости от нагрузок принимается такая нагрузка, без увеличения которой перемещения сваи непрерывно возрастают.

Несущую способность F_u (кН) забивной висячей сваи, работающей на сжимающую нагрузку, по результатам испытаний сваи-зонда или статического зондирования следует определять по формуле:

F_d = g_cåF_u/ng_g,

где g_c - коэффициент условий работы, т - число испытаний грунтов эталонной сваей, испытаний сваи-зонда или точек зондирования; F_u - частное значение предельного сопротивления сваи зонда или в точке зондирования, определяемое в соответствии с требованиями, кН;

g_g - коэффициент надежности по грунту, устанавливаемый в зависимости от изменчивости полученных частных значений предельного сопротивления сваи F_u в местах испытаний грунтов эталонной сваей, испытаний свай-зонда или в точках зондирования и числа этих испытаний или точек при значении доверительной вероятности a = 0,95.

Несущую способность можно определить расчетным способом по своду правил СП 24.13330.2011 Свайные фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 2.02.03-85.