Расчет устойчивости откоса по кругло цилиндрическим поверхностям скольжения.

Расчет осадки свайных фундаментов.

Определение осадки свайного фундамента – это расчёт его по II предельному состоянию (деформациям). Условия расчёта в принципе остаются такими же, как и для фундамента на естественном основании. В этом случае свайный фундамент следует рассматривать как условный фундамент глубокого заложения (d_ус) (см. схему). Схема условного свайного фундамента, необходимая для расчёта его осадки. Для определения осадки свайного фундамента необходимо создать условный фундамент - АБСД, используя величину угла a, определяемую из следующих условий:

φ_ср – средневзвешенный угол внутреннего трения слоев грунта, которых пересекает ствол сваи; α - угол рассеивания напряжений по длине ствола сваи.

Определив (α), и используя графические построения (см. схему), находят ширину и длину условного фундамента АБСД:

_.

Определяют давление по подошве условного фундамента, которое сопоставляется с расчётным сопротивлением грунта основания для условного фундамента на данной глубине:

Расчётное сопротивление грунта основания для условного фундамента:

Обычно соблюдение необходимого условия Р_усл ≤ R_{усл.фун.} удовлетворяется. Далее строят эпюры σ_0z и σ_бz для условного фундамента и определяют его осадку, используя метод послойного суммирования (см. ранее), с определением условной границы сжимаемой толщи (у.г.с.т.).

Необходимо соблюдение условия S ≤ S_u (расчет по II предельному состоянию).

Если рассчитанная осадка S будет превышать предельную величину осадки S_u, то следует принять меры по снижению полученной осадки:

Увеличить глубину используемых свай, таким образом, чтобы остриё свай передавало нагрузку на ниже лежащие, более плотные слои грунта.

Затем производится перерасчёт по выше приведённой методике.

Данная последовательность расчётов производится до тех пор, пока не будут выполнены требуемые условия S ≤ S_u.

Расчет устойчивости откоса по кругло цилиндрическим поверхностям скольжения.

Расчет коэффициента устойчивости выполняется по двум методам:
1) метод кругло-цилиндрических поверхностей скольжения.
2) метод касательных сил (для призм с произвольной поверхностью скольжения).

Коэффициент устойчивости и оползневое давление определяются с учетом внешних нагрузок (сосредототоченные, распределенные силы, сейсмичность), анкеров (преднатяжение и сцепление по корню), нагелей (сцепление по боковой поверхности). С помощью программы можно определить положение круглоцилиндрической поверхности скольжения с минимальным коэффициентом устойчивости, или с допустимым коэффициентом устойчивости при максимальном объеме призмы сдвига.

Расчет устойчивости откоса по кругло цилиндрическим поверхностям скольжения.

 

Меры по увеличению устойчивости откосов

Если откос не устойчив, необходимо принимать меры по увеличению его устойчивости:

А- уположение откоса

Б- поддержание откоса подпорной стенкой

В- осушение грунтов откоса

Г- закрепление грунтов в откосе.

Методы расчета откосов

Во всех расчетах напряженное состояние полагается плоско деформированным, то есть рассматривается узкая полоса склона шириной 1 м, условия ее работы сохраняются для всего склона.
В этих методах поверхность скольжения считается известной заранее. При расчетах устойчивости склона или оползневого давления призма скольжения делится вертикальными линиями на ряд отсеков. Обычно отсеки принимаются такими, чтобы без потери точности можно было в их пределах принимать поверхность за плоскость, а очертание склона, действие внешних сил и т.п. практически однородными.
Рассматриваются условия равновесия i-го отсека (Рис. 1, Рис. 2, Рис. 3). Все внешние активные силы (вес грунта в отсеке, внешняя нагрузка и т.д.), действующие на i-й отсек, приводятся к равнодействующей P_i. Последнюю раскладываем в точке ее приложения на составляющие: нормальную P_Ni и касательную P_Qi к плоскости возможного сдвига отсека.

P_Ni= P_icos α_i;
P_Qi = P_isin α_i.

Метод круглоцилиндрических поверхностей скольжения

Этот метод достаточно подробно рассмотрен в литературе и часто применяется на практике. Описание метода можно найти в книге Клейн Г.К. «Строительная механика сыпучих тел».

Рис.1. Схема расчета по методу круглоцилиндрических поверхностей скольжения.

Предполагаем, что центр O и радиус кривизны R поверхности скольжения заранее известны. В этом методе силы взаимодействия между соседними отсеками не учитываются, опираясь на то, что сумма этих сил должна быть равна нулю, а суммарный момент от них относительно точки O невелик. Касательная сила от всех нагрузок P_Qi=P_isin α_i является сдвигающей силой, вызывающей сползание откоса.
Сила сопротивления сдвигу сыпучего тела, находящегося за поверхностью скольжения (реакция), может быть представлена в виде суммы сил трения и сцепления: T_i =N_i tanφ_i+ c_is_i,

где N_i – нормальная реакция опоры. s_i – длина дуги поверхности скольжения в пределах данного элемента i. φ_i – угол внутреннего трения в пределах дуги s_.. c_i – удельное сцепление в пределах дуги s_i.

Из уравнения проекций всех сил на нормаль к площадке отсека получаем.

N_i =P_Ni =P_i cosα_i,

Второе уравнение проекций остается неудовлетворенным, так как силы взаимодействия между отсеками не рассматривается. Условие равновесия откосов сводится к уравнению моментов всех сил, действующих на сползающую призму, относительно центра O поверхности скольжения.

Учет сейсмического воздействия при расчете противооползневых удерживающих конструкций осуществляется добавлением к расчетным усилиям, так называемой сейсмической силы Q_ci. Сейсмическая сила Q_ci приближенно определяется как доля от веса массы грунта, которая претерпевает сейсмическое воздействие: Q_ci = μ*P_i где μ – коэффициент динамической сейсмичности, значения которого рекомендуется при расчете естественных склонов принимать по табл. 1. При расчете искусственных откосов (насыпи дорог, плотины т.д.) значения коэффициента из табл. 1 следует (приближенно) увеличивать в 1,5 раза.

Направление силы Q_ci рекомендуется считать наиболее неблагоприятным. В связи с этим будем принимать, что сейсмические силы в каждом отсеке оползневого блока направлены параллельно основанию отсека. Условие равновесия откосов сводится к уравнению моментов всех сил, действующих на сползающую призму, относительно центра O поверхности скольжения.

При этом силы сопротивления сдвигу уменьшены в k раз с учетом необходимости обеспечить определенный запас устойчивости откоса против разрушения.

Тогда коэффициент выражается:

 

 

Учитывая, что , окончательно получим::

С

Связаная вода. Ее природа.

Связанная вода в отличие от свободной воды (гравитационной) неподвижна или слабо подвижна. Она подразделяется на воду в твёрдом веществе породы и воду в порах. К связанной воде в твёрдом веществе относится вода, входящая в структуру твёрдого вещества: кристаллизационная, конституционная, цеолитная.

Связанная вода в порах (прочносвязанная и рыхлосвязанная), содержащаяся вместе со свободной водой в порах породы, обволакивает твёрдые частицы (зёрна) породы. Прочносвязанная вода на поверхности горных пород образует два слоя: один сравнительно тонкий слой (толщиной в несколько молекул), прилегающий непосредственно к поверхности частицы, и второй (значительно больший по толщине) — слой рыхлосвязанной воды. Удерживаются эти два вида связанной воды за счёт электростатических сил, возникающих между твёрдой поверхностью частиц и молекулами воды. Соотношение свободной и связанной воды в порах породы зависит от размера зёрен, слагающих породы (дисперсности породы). В крупнозернистых породах объём связанной воды по сравнению со свободной водой очень мал; с уменьшением размера частиц, а следовательно, размера пор доля связанной вода в общем объёме поровой воды возрастает. Особенно значительные количества связанной воды содержатся в тонкодисперсных, глинистых породах, характеризующихся очень мелкими порами и большой поверхностью частиц. Количество связанной воды в глинах зависит от их минералогии, состава обменных катионов, температуры. Больше всего её в монтмориллонитовых глинах. С ростом температуры объём связанной воды уменьшается прежде всего за счёт разрушения рыхлосвязанной воды и перехода её в свободную воду.

Составные части (фазы) грунта. Характеристики физических свойств.

Основными элементами грунтов являются твердые частицы, вода и газообразные включения.

Твердые частицы представляют собой систему минеральных зерен, различных по форме, составу, размер которых изменяется от нескольких сантиметров до мельчайших частиц коллоидного порядка (менее 1 м). Важнейшей характеристикой твердых частиц является минералогический состав, который во многом определяет физико-механические свойства грунтов. Чем меньше размер минеральных частиц, тем больше их удельная поверхность. С уменьшением размеров частиц возрастает число центров взаимодействия в контакте между зернами и окружающей их водой.

Вода в грунтах подразделяется на связанную и свободную. Минеральные частицы грунта заряжены отрицательно, а молекулы воды представляют собой диполи, положительно заряженные на одном конце (атомом кислорода) и отрицательно на другом (два атома водорода). За счет электромолекулярных сил воздействия диполи воды притягиваются с огромной силой к минеральным частицам и образуют слой прочно связанной (адсорбированной) воды. Электромолекулярные силы взаимодействия у поверхности минеральных частиц составляют величину порядка нескольких сотен МПа. Поэтому близкие к минеральным частицам молекулы воды толщиной 1. 3 ряда невозможно отделить ни внешним давлением, ни действием напора воды. Следующие слои молекул воды по мере удаления от поверхности грунтовых частиц связываются меньшими силами взаимодействия и образуют слой рыхлосвязанной (лиосорбированной) воды. Они могут быть выделены из пор грунта давлением порядка нескольких МПа. Молекулы воды, которые находятся вне области электромолекулярных сил взаимодействия, образуют воду свободную (по проф. А. Ф. Лебедеву), которая передвигается в грунте под действием разности напора, и капиллярную, поднимающуюся на некоторую высоту от уровня грунтовых вод в порах грунта за счет сил капиллярного натяжения.

Газообразные включения в грунте находятся в замкнутом (защемленном,располагающем в порах грунта), свободном состояниях растворенными в поровой воде.

Физические свойства грунтов

Грунты состоят из твердых минеральных частиц («скелет» грунта), воды и воздуха и, таким образом, представляют собой (при положительной температуре) трехфазную систему. Все грунты различаются между собой многими признаками. Для механики грунтов наиболее важными являются их физические и механические свойства. Количественные показатели свойств грунтов называют характеристиками. Основные из этих характеристик определяют опытным путем в лаборатории или в полевых условиях, остальные вычисляют затем по найденным основным характеристикам. Основными характеристиками физических свойств грунтов служат: гранулометрический состав, удельный вес грунта природного сложения, удельный вес частиц грунта, влажность, границы раскатывания и текучести.

Гранулометрический состав характеризует содержание по массе групп частиц (фракций) грунта различной крупности по отношению к общей массе абсолютно сухого грунта. В зависимости от содержания в грунте частиц разных размеров определяют степень неоднородности гранулометрического состава.Степень неоднородности гранулометрического состава не может быть меньше единицы и практически не бывает больше 200.

Удельным весом грунта природного сложения у называют отношение массы грунта, включая массу воды в его порах, к занимаемому этим грунтом объему, включая поры, умноженное на ускорение свободного падения g, равное 9,81 м/с2. Удельные веса нескальных грунтов природного сложения, встречающихся в строительной практике, имеют значения от 15 до 22 кН/м3.Разные грунты имеют удельные веса частиц, мало отличающиеся между собой. Удельные веса частиц песков составляют от 26,5 до 26,8 кН/м3, супесей и суглинков — от 26,0 до 27,0 кН/м3 и глин — от 26,0 до 27,5 кН/м3.

Пластичность и консистенция глинистых грунтов.

Изменение влажности оказывает большое влияние на свойства глинистых грунтов, которые при этом могут переходить из твердого состояния в полутвердое, затем в пластичное и, наконец, в текучее или наоборот. Если образцу маловлажного глинистого грунта попытаться путем раскатывания придать форму проволоки, то он будет крошиться.

Существующие методы осушения котлованов и области их применения.

В зависимости от притока подземных вод и вида грунта осушение котлована может быть осуществлено с применением открытого водоотлива, легких иглофильтровых установок (ЛИУ), буровых скважин с насосами, дренажных систем и др.

Открытый водоотлив. Применяется при разработке неглубоких котлованов и незначительном притоке подземных вод в водонасыщенных скальных, обломочных или галечных грунтах. При открытом водоотливе широко применяются центробежные насосы. Открытый водоотлив организуют следующим способом. По периметру котлована устраивают дренажные канавки с уклоном 0,001…0,002 в сторону приямков, из которых по мере поступления вода откачивается с помощью насосов. По мере разработки котлована приямки постепенно заглубляются вместе с канавками. Для исключения нарушения природной структуры грунтов основания вода не должна покрывать дно котлована. В мелкозернистых грунтах открытый водоотлив приводит к оплыванию откосов котлованов и траншей, к разрыхлению грунта в основаниях зданий и сооружений. Здесь целесообразно применить глубинное водопонижение уровня грунтовой воды.

2 Легкие иглофильтровые установки (ЛИУ). Используют для глубинного водопонижения грунтовых вод на глубину 4-5м в песчаных грунтах. При этом способе водопонижения иглофильтры располагают по периметру котлована обычно с шагом 0,8…1,5м. Откачку воды из иглофильтров производят с помощью вихревого насоса через всасывающий коллектор. При этом вокруг каждого иглофильтра образуются депрессионные воронки, которые, соединяясь, и приводят к понижению уровня грунтовых вод в будущем котловане или траншее. Для понижения УГВ свыше 5м применяют многоярусные легкие иглофильтровые установки, которые требуют, как правило, расширения котлована и увеличения земляных работ.

3 Понижение УГВ эжекторными иглофильтрами. Для водопонижения в грунтах с большим коэффициентом фильтрации и при близком залегании водоупора от разрабатываемой выемки используют эжекторные установки ЭИ-2,5; ЭИ-4 и ЭИ-6, состоящие из иглофильтров с эжекторными водоподъемниками, распределительного коллектора и центробежных насосов. Эжекторные установки позволяют понижать уровень грунтовых вод до 25м.

4 Понижение УГВ с электроосмосом. В пылевато-глинистых грунтах, имеющих коэффициент фильтрации менее 2м/сут, искусственное водопонижение осуществляют с помощью электроосмоса в сочетании с иглофильтром. Его выполняют в такой последовательности. По периметру котлована с интервалом 1,5…2м располагают иглофильтры, а между ними (в шахматном порядке относительно иглофильтров) по бровке котлована забивают металлические стержни из арматуры или труб небольшого диаметра. Эти стержни подсоединяют к положительному полюсу источника постоянного тока напряжением 40…60 В, а иглофильтры - отрицательному. Под действием тока рыхлосвязанная поровая вода переходит в свободную и, перемещаясь от анода к катоду (иглофильтру), откачивается, в результате уровень грунтовых вод понижается. При этом способе водопонижения расход электроэнергии составляет 5…40 кВт/ч на1 м3.

Сущность работы свай и свайных фундаментов.

Сваей называется стержень, находящийся в грунте в вертикальном или наклонном положении и предназначенный для передачи грунту нагрузки от надфундаментной части сооружения.

Назначение свай - устройство фундаментов зданий, опор мостов, эстакад и т.д., укрепление слабых

грунтов, защита от воздействия грунтовых вод и обрушения грунта.

Деревянные сваи бывают цельными, ерошенными и клееными. Сращивание по длине деревянных свай обычно осуществляется с установкой в месте стыка заостренного "ерша" и металлического кольца. Железобетонные и стальные сваи при необходимости наращивают с использованием болтовых или сварных соединений.

Одиночные сваи чаще всего используют в качестве опор для колонн. Кусты свай устраиваются в местах

больших сосредоточенных нагрузок (опоры, устои мостов и т.п.). Рядовое расположение свай предпочтительнее при необходимости возведения ленточных фундаментов, свайные поля – фундаментных плит.

Чтобы распределить нагрузки, по верху свай устраивают монолитные или сборно-монолитные железобетонные плиты - ростверки.

Для обоснования целесообразности применения того или иного типа свай производят экономическое сравнение вариантов их использования. Практикой подтверждено, что при наличии слабых грунтов

рациональнее изготавливать свайные основания без выемки грунта, например забивать пирамидальные сваи,

которые подобно объемному клину упрочняют грунт. В глинистых грунтах сваи большого диаметра обычно

устраивают в буронабивном варианте, а при необходимости погружения свай на большую глубину забивают

металлические сваи, имеющие в сечении форму трубы, двутавра и т.п.

В зависимости от характера работы в грунте различают два основных типа свай: сваи-стойки и висячие сваи.

Рис. 1. Типы свайных фундаментов
а - на сваях-стойках; б - на висячих сваях

Сваи-стойки опираются на плотный, практически несжимае­мый грунт (например, скала или мергель), и несущая способ­ность их не зависит от прочности окружающего грунта, так как он не принимает участия в работе. Поскольку нагрузка, прило­женная к голове сваи-стойки, воспринимается основанием только у ее нижнего конца, сваи-стойки имеют тенденцию деформиро­ваться под действием продольного изгиба.

Висячие сваи отличаются от свай-стоек тем, что передаваемая ими нагрузка воспринимается основанием как под острием сваи, так и на ее боковой поверхности. Сжимающее усилие постепенно уменьшается и у острия значительно меньше, чем у верхнего конца. Поэтому в висячей свае можно пренебречь влиянием продольного изгиба.

Чем больше глубина забивки висячей сваи и чем меньше ее диаметр, тем большая доля приложенной к ней нагрузки будет передаваться основанию через трение на боковой поверхности. Однако с течением времени часть этой нагрузки вследствие яв­ления релаксации в грунтах (особенно в глинистых) перейдет на острие сваи. Свайные фундаменты широко применяются в промышленном и гражданском строительстве ПГС. Они возводятся на участках со слабым грунтом под здания в несколько этажей. Строительство этих фундаментов позволяет исключить земляные работы в бесподвальных зданиях или значительно сократить их объем при наличии технического подполья.

В более скромных масштабах свайные фундаменты применяются в индивидуальном строительстве дачных домов и коттеджей.

В общем виде свайный фундамент представляет собой погруженные в грунт сваи, объединенные сверху железобетонными бетонными балками или плитой ростверками.

Когда целесообразно применять свайный фундамент.

Рассмотрим предпосылки применения свайного фундамента в частном строительстве.

Причина 1. В ряде случаев при строительстве дачного дома или коттеджа в верхней части основания возводимого здания может находиться относительно слабый слой грунта.

Тогда рекомендуется устраивать фундаменты из свай, которые способны воспринимать большие нагрузки по сравнению с фундаментами неглубокого заложения. Особенно эффективны фундаменты в пучинистых грунтах при их глубоком промерзании более 1.5 метра. В этом случаи свайный фундамент более надежный чем столбчатый и тем более ленточный

Причина 2. Возможно применение свайных фундаментов и в плотных грунтах в целях уменьшения объема земляных работ, расхода бетона, снижения трудоемкости и стоимости строительства. При устройстве свайного фундамента отпадает необходимость в рытье котлована, складировании вынутого грунта, вывозе грунта, обратной засыпке и т. д..

Причина 3. В случае если при расчете ленточного фундаменты ширина фундамента получается слишком большой больше 1.5м, имеет смысл применить свайный фундамент, что сократит расход материала.

Причина 4. В случае, если выбор типа фундамента диктуется видом несущего остова, к примеру, если Вы решили использовать каркасный несущий остов на основании, сложенном слабыми грунтами, то рационально будет применить свайные кусты под каждую колонну, а не делать ленточный фундамент.

Конструкции свайных фундаментов очень разнообразны и зависят:

от выбора типа свай,

способа их изготовления и погружения в грунт,

расположения их под строящимся зданием,

от характера работы сваи в грунте,

от конструкции ростверков.

Для изготовления свайных фундаментов привлекается большое количество специальной строительной техники, что, конечно, не приемлемо для дачного строительства. Поэтому мы остановимся на тех конструкциях свайных фундаментов, которые под силу.

Т

Теоретические, фактические и расчетные эпюры напряжений под подошвой жестких фундаментов (контактная задача).

Решения Буссинеску для круглого жёсткого штампа

Контактным называют давление по подошве фундамента

Для определения контактного напряжения совместно решается два уравнения:

Дифференциальное уравнение изогнутой оси балки;

Физическое уравнение связей между действующим давлением и осадкой.

E_бJ_б(d⁴s/dx⁴)=q_x­p_x;

где: E_бJ_б-жесткость балки

S – прогиб балки

Распределение напряжений на подошве фундамента
(Контактная задача)

Этот вопрос имеет особое значение для гибких фундаментов, рассчитываемых на изгиб.

Если известно Рконт, то загружая этой величиной фундамент, можно легко определять усилия в конструкции тела фундамента.

Из курса сопротивления материалов известно, что напряжения для сжатых конструкций при прямолинейной эпюре определяются по обобщенной формуле:

smax, min =(N/F) +-(M/W) - но здесь не учитывается работа сжимаемого основания.

 

Аналитическое решение по определению значений величин контактных напряжений, получено Буссинеску в виде зависимости:

 

Расчётная схема для решения задачи Буссинеску.

Анализируя аналитическую зависимость (см. приведённую выше формулу и схему), можно записать, что

При ρ = r → Рρ = ∞

При ρ = 0 → Рρ = 0,5Р_ср

и построить теоретическую эпюру контактных напряжений. Фактически же, грунт под подошвой фундамента, при давлениях, стремящихся к бесконечности (краевые точки) разрушаясь, приводит к перераспределению напряжений, возникает практическая эпюра (см. приведенную схему). Однако в данной методике также не учитываются свойства грунта основания.

При дальнейших исследованиях было установлено, что эпюра контактных напряжений под подошвой фундамента будет зависеть от его гибкости (Г) - обобщённой характеристики, учитывающей деформативные свойства основания.

Р = f(Г)

Понятие гибкости (Г) было введено профессором Горбуновым-Посадовым М.И.

Е₀ – модуль деформации грунта;

ℓ – полудлина фундамента (балки);

Е₁ – модуль упругости материала фундамента;

h₁ – высота фундамента.

Эпюры контактных напряжений под подошвой фундамента в зависимости от его гибкости. Крайняя правая схема на данном рисунке показывает, что для абсолютно жёстких фундаментов (Г=0), в целях аппроксимации, принята не фактическая седлообразная эпюра контактных напряжений, а прямоугольная (использование аппарата теории упругости к грунтам).

Форма эпюры контактных напряжений зависит и от ширины подошвы фундамента Р = f(b) и при прочих равных условиях (m_v – const; N – const) и может быть представлена на следующей схеме:

Эпюры контактных напряжений под подошвой фундамента в зависимости от его ширины.

Форма эпюры контактных давлений зависит и от степени нагружения фундамента Р = f (N) и при прочих равных условиях (m_v – const; F - const) может быть представлена на следующей схеме:

Эпюры контактных напряжений под подошвой фундамента в зависимости от степени нагружения.

Таким образом, приведённые примеры дают наглядную картину изменения величины и формы эпюры контактных напряжений в зависимости от поэтапного нагружения (увеличение веса сооружения в процессе его строительства), что значительно осложняет решение поставленной задачи.

Требования, необходимые при проектировании фундаментов.

Фундаменты устраиваются для передачи нагрузок от конструкций зданий и сооружений, установленного в них технологического и другого оборудования и полезных нагрузок на грунты основания. Основание, воспринимая эти нагрузки, претерпевает, как правило, неравномерные деформации, что вызывает появление в конструкциях дополнительных перемещений и усилий.

В зависимости от типа сооружения, рельефа местности, инженерно-геологических и гидрогеологических условий строительной площадки, климатических и метеорологических условий района строительства, даже времен года, когда выполняются эти работы, технология производства строительных работ может значительно изменяться. Правильный выбор технологии подготовки оснований и устройства фундаментов имеет очень большое значение для надежного и экономичного строительства сооружений.

Работы по устройству оснований и фундаментов без проекта производства работ не допускаются.

Очередность и способы производства работ должны быть увязаны с работами по прокладке подземных инженерных коммуникаций, строительству подъездных дорог на стройплощадке и другими работами нулевого цикла.

При устройстве оснований, фундаментов и подземных сооружений необходимость водопонижения, уплотнения и закреплении грунта, устройства ограждения котлована, замораживания грунта, возведения фундаментов методом «стена в грунте» и проведения других работ устанавливают проектом сооружения, а организацию работ - проектом организации строительства.

При расчете жестких фундаментов принята линейная зависимость распределений напряжений под подошвой фундамента.

При расчете фундаментов конечной жесткости (гибких фундаментов- балок и плит) условная линейная эпюра распределения напряжений под подошвой гибкого фундамента не приемлема.

В этом случае необходимо учитывать M и Q, возникающие в самой конструкции фундамента, вследствие действия неравномерных контактных реактивных напряжений по подошве фундамента. Не учет возникающих усилий может привести к неправильному выбору сечения фундамента или % его армирования.

Поэтому необходимо решать задачу совместной работы фундаментной конструкции и сжимаемого основания.

Гибкие фундаменты - это те, деформации изгиба которых того же порядка, что и осадки этого же фундамента

∆ S(см) ≈ f(см);

∆ S – осадка фундамента (деформация основания)

f – деформация изгиба фундамента

Таким образом, при расчете гибких фундаментов необходимо одновременно учитывать и деформации фундамента (конструкция) и его осадки (грунт).

На основании вышеизложенного можно сформулировать общие требования, предъявляемые в действующих нормативных документах к проектированию оснований и фундаментов:

- обеспечение прочности и эксплуатационных параметров зданий и сооружений (общие и неравномерные деформации не должны превышать допустимых величин);

- максимальное использование прочностных и деформационных свойств грунтов основания, а также прочности материала фундамента;

- достижение минимальной стоимости, материалоемкости и трудоемкости, сокращение сроков строительства.

Соблюдение этих положений основывается на выполнении указанных ниже условий:

- комплексный учет при выборе типа оснований и фундаментов инженерно-геологических и гидрогеологических условий строительной площадки;

- учет влияния конструктивных и технологических особенностей сооружения на его чувствительность к неравномерным осадкам;

- оптимальный выбор методов выполнения работ по подготовке оснований, устройству фундаментов и подземной части сооружений;

- расчет и проектирование оснований и фундаментов с учетом совместной работы системы «основание - фундаменты - конструкции сооружения».

Таким образом, проектирование оснований и фундаментов состоит в выборе типа основания (естественное или искусственное), конструктивного решения (в том числе материала) и размеров фундаментов (глубина заложения, размеры площади подошвы и т. д.), а также определении мероприятий, применяемых для уменьшения влияния деформаций основания на эксплуатационную пригодность и долговечность сооружения.

У

Устройство песчаных и гравийных подушек в основании и определение их размеров.

Песчаные подушки обычно выполняют из средне- или крупнозернистого песка (может использоваться и щебень).

Одна из основных целей устройства песчаной подушки – это уменьшить глубину заложения фундаментов (h₂) при прорезке слабого слоя грунта (см. схему).

Песчаная подушка полностью прорезает слабый слой грунта. 1 - песчаная подушка (хороший грунт).

При большой мощности слабого слоя грунта (h₁) экономически не выгодно заглублять фундамент на такую глубину. С целью уменьшения глубины заложения фундамента (h₂), выполняют песчаную подушку, укладывая ее в распор со стенками котлована. Песчаную подушку укладывают с заданной степенью плотности, обеспечивая, таким образом, передачу давления от фундамента на хороший грунт, что позволяет снизить величину возможных осадок.

Другая цель устройства песчаной подушки – это уменьшить интенсивность давления от фундамента на слабый слой грунта (см. конструктивное решение с расчётной схемой).

Песчаная подушка не полностью прорезает слабый слой грунта и расчётная схема для данного решения с принятыми обозначениями для определение размеров подушки.

В этом случае фундамент опирается на песчаную подушку (хороший грунт), а ниже располагается слабый слой грунта. Возникает необходимость проверки слабого подстилающего слоя грунта. Такая проверка производится исходя из следующего условия (см. расчётную схему):

(1)

где σ_zg - ордината эпюры природного давления грунта, приходящегося на кровлю слабого подстилающего слоя; σ_zp - ордината эпюры дополнительного (уплотняющего) давления грунта, приходящегося на кровлю слабого подстилающего слоя; R_сл. – расчетное сопротивление слабого слоя грунта в уровне низа подушки от условного фундамента.

Условие (1) позволяет запроектировать песчаную подушку, используя метод последовательных приближений:

-Первоначально задаются высотой песчаной подушки (h_п), исходя из геологических условий и планируемого производства работ.

-Строят эпюры природного и дополнительного (уплотняющего) давлений грунта.

-Вычисляют R_сл – расчетное сопротивление слабого слоя грунта в уровне низа подушки от условного фундамента. Ширина подошвы условного фундамента определяется исходя из угла a - рассеивания напряжений, который принимается:

a = 45° - для торфа;

a = 50…60° - для пылеватых песков.

-Проверяется условие (1). В случаи выполнения данного условия, проектирование песчаной подушки считается выполнено, верно. В противном случае - производится вновь проектирование песчаной подушки, которое заключается, прежде всего, в изменении ее высоты.

В случае необходимости устройства песчаной подушки высотой h_п > 1 м, ее ширина выбирается из условия равновесия в предельном состоянии по специально разработанной методике Б.И. Далматова.

Песчаные подушки могут устраиваться и с целью уменьшения глубины заложения фундаментов, проектируемых в промерзающих пучинистых грунтах. В таком случае песчаная подушка, выполненная их крупнозернистого (не пучинистого) грунта – основания. Наиболее актуально выполнение таких мероприятий для районов с глубоким сезонным промерзанием, что позволяет существенно снизить глубину заложения фундаментов, получая в итоге экономический эффект.

Ф

Фазы напряженного состояния грунта при беспрерывном возрастании нагрузок (зависимость S=f(p))

Предельное напряжённое состояние оснований

1. Фазы напряженного состояния грунта

Рассмотрим типичный график развития осадки фундамента по мере его нагружения статической нагрузкой (см. схему).

1 фаза-линейного деформирования, При увеличении нагрузки осадка происходит линейно.

2 фаза-фаза сдвигов, 3 фаза-пластического течения

Фазы напряженного состояния. Первая фаза напряженного состояния грунта носит название фазы уплотнения. В строительном отношении такое состояние грунта будет полезным, так как грунт в фазе уплотнения приобретает более плотную структуру и будет давать меньшие осадки.

При уплотнении зависимость между общими деформациями и удельным давлением (сжимающим напряжением) с достаточной для практических целей точностью может быть принята линейной.

Уплотнение грунта под нагрузкой может продолжаться еще при нескольких ступенях нагрузки, однако при достижении ее некото­рой величины возникает все больше скольжений (сдвигов) между частицами грунта, так как в отдельных местах сопротивлении сдвигу преодолеваются и скольжение между частицами постепенно формируются в отдельные площадки скольжения и зоны сдвигов.

Конец фазы уплотнения и начало образования зон сдвигов, возникающих первоначально у краев площади загрузки, где сдвигающие напряжения наи­большие, являются характернейшими показателями механических свойств грунтов и соответствуют начальной критической нагрузке на грунт в данных условиях загружения.

При дальнейшем увеличении нагрузки наступает вторая фа­за— фаза сдвигов, переходящая в пластическое или прогрессирующее течение, выпирание, просадку и подобные недопустимые деформации.

График развития осадки фундамента в зависимости от его степени нагружения.

По мере нагружения основания статической нагрузкой, развитие осадки происходит неравномерно. При давлениях Р

12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: