РОЗРАХУНОК ФУНДАМЕНТІВ ЗА ДЕФОРМАЦІЯМИ ОСНОВ ОБЧИСЛЕННЯ ОСІДАННЯ

 

Д.1 Осідання окремо розташованого фундаменту s з використанням розрахункової схеми у вигляді лінійно-деформованого півпростору (7.6.8) методом пошаровогого підсумовування обчислюють за формулою

s = , (Д.1)

де β - безрозмірний коефіцієнт, що дорівнює 0,8;

σ _zp,i - середнє значення вертикального нормального напруження від зовнішнього навантаження в i -му шарі ґрунту на вертикалі, що проходить через центр підошви фундаменту (Д.2);

h_i - товщина i -го шару ґрунту, приймають не більше 0,4 ширини фундаменту;

n - кількість шарів, на які розділена товща основи, що стискається;

σ _zγ,i - середнє значення вертикального напруження від власної ваги грунту, вийнятого з котловану, в i -му шарі грунту на вертикалі, що проходить через центр підошви, на глибині z від підошви фундаменту;

Е_i - модуль деформації i -го шару грунту за гілкою первинного навантаження;

Е_е,і - модуль деформації і -го шару грунту за гілкою вторинного навантаження (модуль пружності);

Е_i і Е_е,i визначаються в межах діючих навантажень від власної ваги грунту і будівлі.

При цьому розподілення вертикальних нормальних напружень по глибині основи приймають згідно зі схемою на рисунку Д.1.

Примітка 1. За відсутності даних випробувань модуля деформації Е_е,і для споруд II і III рівнів відповідальності допускається приймати Е_е,і = 5 Е_і.

Примітка 2. Середнє значення напружень σ _zp,i і σ _zγ,i в і -му шарі грунту допускається розраховувати як півсуму відповідних напружень на верхній z_{i -1}та нижній z_i межах шару.

Примітка 3. При зведенні будівель у котловані, що відривається, в розрахунках слід розрізняти два види вертикальних напружень: σ' _zg - від власної ваги грунту до початку будівництва, при якому утворений напружений стан основи; σ _zg - після зведення будівлі і планування денної поверхні або зворотного планування в котловані.

У випадку, якщо стиснена зона включає шар закріпленого грунту, при розрахунку осідань необхідно визначати приведений модуль деформації цього шару за формулою

Е_пр = , (Д.1а)

де Е_{закр.гр.} - модуль деформації закріпленого ґрунту у зволоженому стані;

F_{закр.гр.} - площа закріпленого ґрунту на одиниці довжини фундаменту;

E_i- модуль деформації і-го шару ґрунту у зволоженому стані;

F_i - площа основи, що сприймає навантаження в шарі закріплення ґрунту на одиниці довжини фундаменту без урахування площі закріплення.

DL - позначка планування підсипкою (або зрізкою); NL - позначка поверхні природного рельєфу; FL - позначка підошви фундаменту; WL - позначка рівня підземних вод; ВС - нижня межа стисливої товщі; d і d_n - глибина закладання фундаменту відповідно від рівня планування і поверхні природного рельєфу; Н_с - глибина стисливої товщі; b - ширина фундаменту; В_к - ширина котловану; р - середній тиск під підошвою фундаменту; σ _zg і σ _{zg, 0} - вертикальне напруження від власної ваги ґрунту на глибині z від підошви фундаменту і на рівні підошви з врахуванням планування поверхні ґрунтової основи підсипкою (або зрізкою); σ _zp і σ _{zp, 0} - вертикальне напруження від зовнішнього навантаження на глибині z від підошви фундаменту і на рівні підошви; σ' _zg і σ' _{zg, 0} - вертикальні напруження від власної ваги грунту, що утворені при природньому рельєфі на глибині z від підошви фундаменту і на рівні його підошви; σ _zγ,i і σ _{zγ, 0} = σ' _{zg, 0} - вертикальні напруження від власної ваги грунту, вийнятого з котловану, що утворені при природному рельєфі, на глибині z від підошви фундаменту і на рівні його підошви; k -коефіцієнт визначення нижньої межі стисливої товщі за умови Д10.

 

Рисунок Д.1 - Схема розподілу вертикальних напружень в основі під фундаментом згідно з моделлю лінійно-деформованого півпростору

 

Д.2 Вертикальні напруження від зовнішнього навантаження σ _zp на глибині z основи від підошви прямокутних, круглих, стрічкових фундаментів, за вертикаллю, що проходить через центр підошви, обчислюють за формулами (Д.2) або (Д.5), в яких значення х і у приймають такими, що дорівнюють нулю.

σ _zp = α p, (Д.2)

де α; - коефіцієнт, що приймають за таблицею Д. 1 в залежності від відносної глибини до ширини фундаменту, яка дорівнює ς = 2z/b;

р - середній тиск під підошвою фундаменту;

Д.З Вертикальне напруження від власної ваги ґрунту σ _zγ, знятого в котловані до рівня підошви фундаменту, на глибині z від його підошви в прямокутних, круглих і стрічкових котлованах, визначають за формулою

σ _zγ = α_к σ' _{zg, 0}, (Д.3)

де α_к - коефіцієнт, що приймають за таблицею Д.1 в залежності від відносної глибини до ширини котловану, яка дорівнює ς = 2z/B_к;

σ' _{zg, 0} - вертикальне напруження від власної ваги грунту, вийнятого з котловану, на рівні підошви фундаменту.

 

Таблиця Д.1 – Коефіцієнт α

ς	Коефіцієнт α для фундаментів
Круглих	Прямокутних із співвідношенням сторін η = l/b, що дорівнює	Стрічкових (η ≥ 10)
	1,4	1,8	2,4	3,2
0,0	1,000	1,000	1,000	1,000	1,000	1,000	1,000	1,000
0,4	0,949	0,960	0,972	0,975	0,976	0,977	0,977	0,977
0,8	0,756	0,800	0,848	0,866	0,876	0,879	0,881	0,881
1,2	0,547	0,606	0,682	0,717	0,739	0,749	0,754	0,755
1,6	0,390	0,449	0,532	0,578	0,612	0,629	0,639	0,642
2,0	0,285	0,336	0,414	0,463	0,505	0,530	0,545	0,550
2,4	0,214	0,257	0,325	0,374	0,419	0,449	0,470	0,477
2,8	0,165	0,201	0,260	0,304	0,349	0,383	0,410	0,420
3,2	0,130	0,160	0,210	0,251	0,294	0,329	0,360	0,374
3,6	0,106	0,131	0,173	0,209	0,250	0,285	0,319	0,337
4,0	0,087	0,108	0,145	0,176	0,214	0,248	0,285	0,306
4,4	0,073	0,091	0,123	0,150	0,185	0,218	0,255	0,280
4,8	0,062	0,077	0,105	0,130	0,161	0,192	0,230	0,258
5,2	0,053	0,067	0,091	0,113	0,141	0,170	0,208	0,239
5,6	0,046	0,058	0,079	0,099	0,124	0,152	0,189	0,223
6,0	0,040	0,051	0,070	0,087	0,110	0,136	0,173	0,208
6,4	0,036	0,045	0,062	0,077	0,099	0,122	0,158	0,196
6,8	0,031	0,040	0,055	0,064	0,088	0,110	0,145	0,185
7,2	0,028	0,036	0,049	0,062	0,080	0,100	0,133	0,175
7,6	0,024	0,032	0,044	0,056	0,072	0,091	0,123	0,166
8,0	0,022	0,029	0,040	0,051	0,066	0,084	0,113	0,158
8,4	0,021	0,026	0,037	0,046	0,060	0,077	0,105	0,150
8,8	0,019	0,024	0,033	0,042	0,055	0,071	0,098	0,143
9,2	0,017	0,022	0,031	0,039	0,051	0,065	0,091	0,137
9,6	0,016	0,020	0,028	0,036	0,047	0,060	0,085	0,132
10,0	0,015	0,019	0,026	0,033	0,043	0,056	0,079	0,126
10,4	0,014	0,017	0,024	0,031	0,040	0,052	0,074	0,122
10,8	0,013	0,016	0,022	0,029	0,037	0,049	0,069	0,117
11,2	0,012	0,015	0,021	0,027	0,035	0,045	0,065	0,113
11,6	0,011	0,014	0,020	0,025	0,033	0,042	0,061	0,109
12,0	0,010	0,013	0,018	0,023	0,031	0,040	0,058	0,106
Примітка 1. У таблиці позначено: b - ширина або діаметр фундаменту, / - довжина фундаменту. Примітка 2. Для фундаментів, що мають підошву у формі правильного багатокутника з площею А, значення α приймають як для круглих фундаментів радіусом r = . Примітка 3. Для проміжних значень ς і η коефіцієнт α визначають інтерполяцією.

 

Д.4 При розрахунках осідань фундаментів, що зводять у котлованах глибиною менше ніж 5 м, допускається у формулі (Д.1) не враховувати другу складову.

Д.5 Якщо середній тиск під підошвою фундаменту р ≤ σ _{zg, 0}, осідання фундаменту визначають за формулою

s = , (Д.4)

де β, σ _zp,i, h_i, Е_е,і,n - такі самі, що і у формулі (Д.1).

Д.6 Розрахунки осідань системи власних фундаментів будівлі, а також з врахуванням тих, що розташовані поруч, необхідно виконувати з урахуванням взаємного впливу. Такі розрахунки виконують з використанням розрахункової схеми у вигляді лінійно-деформованого півпростору (7.6.8) і методу пошаровогого підсумовування. Осідання s обчислюють за формулою (Д.1), де напруження в основі від одного фундаменту σ _zp,i необхідно замінити на σ _zp,nj, яке враховує також напруження від впливаючих фундаментів, де j - номер фундаменту, що розраховується. При цьому розподіл вертикальних нормальних напружень в плані і по глибині основи приймають згідно зі схемою на рисунку Д.2.

2 - номер фундаменту, що розраховується; 1, 3 - номери впливаючих фундаментів; b₁, b₂, i b₃ - ширини фундаментів; В_к - ширина котловану; σ_{2 zp ,0} = р₂ - середній тиск (напруження) під підошвою фундаменту 2, що розподіляється з глибиною z; σ_{1 zp}, σ_{2 zp}, σ_{3 zp} - розподілення вертикальних напружень від фундаментів 1, 2 і 3 в основі системи фундаментів за моделлю лінійно-деформованого півпростору; σ _zp,n2 - сумарні вертикальні напруження від системи фундаментів (σ_{1 zp}, σ_{2 zp} і σ_{3 zp}) на глибині z під підошвою фундаменту 2, що розраховується; інші позначення див. на рисунку Д.1

Рисунок Д.2 - Схема розподілу вертикальних напружень в основі системи фундаментів згідно з моделлю лінійно-деформованого півпростору

 

Розподіл напружень від дії тиску р під фундаментом в довільній точці А півпростору розраховують за формулою (Д.5) або з використанням методу кутових точок (Д.7)

де p - те саме, що і в (Д.2);

π = 3,14159;

х, у, z - декартові координати точки А у півпросторі;

m, n - відповідно півдовжина і півширина фундаменту на контакті з основою (рисунок Д.З).

Рисунок Д.З - Прив'язка дакартової систами координат до контактної поверхні фундаменту з основою для визначення вертикальних нормальних напруженнь в довільній точці А згідно з моделлю лінійно-деформованого півпростору за формулою (Д.5)

 

Д.7 Вертикальні напруження від зовнішнього навантаження на глибині z від підошви фундаменту σ _{zp , c}, на вертикалі, що проходить через кутову точку прямокутного фундаменту, визначаються за формулою

σ _{zp , c} = α р /4, (Д.6)

де α - коефіцієнт, що приймається за таблицею Д.1 в залежності від значення ς = z/b;

р - те саме, що і у формулі (Д.2).

Д.8 Вертикальні напруження σ _{zp , α} на глибині z від підошви фундаменту на вертикалі, що проходить через будь-яку точку А (в межах або за межами фундаменту, що розглядається, з тиском по підошві, який дорівнює р), обчислюють методом "кутових точок" алгебраїчним підсумовуванням напружень σ _{zp , cj} у кутових точках чотирьох фіктивних фундаментів (рисунок Д.4) за формулою

σ _{zp , α} = . (Д.7)

a - схема розташування фундаменту 1, що розраховується, і 2, що впливає; б - схема розташування фіктивних фундаментів із указівкою знака напружень σ _{zp , cj} у формулі (Д.6) під кутом j -гофундаменту.

 

Рисунок Д.4 - Схема до визначення методом "кутових точок" додаткових вертикальних напружень σ _{zp , α} в основі фундаменту, що розраховується, з урахуванням впливу сусіднього фундаменту

 

Д.9 Вертикальні напруження σ _{zp , nf} на глибині z від підошви фундаменту на вертикалі, що проходить через центр фундаменту, який розраховується, з урахуванням впливу суміжних фундаментів або навантажень на прилеглі площі, обчислюють за формулою

σ _{zp , nf} = σ _zp + (Д.7а)

де σ _zp - те саме, що і у формулі (Д.2);

σ _zp,ai - вертикальне напруження від сусіднього фундаменту чи навантаження;

k - кількість впливаючих фундаментів або навантажень.

При суцільному рівномірно розподіленому навантаженні на поверхні землі інтенсивністю q (наприклад, від ваги планувального насипу) значення σ _zp,ai за формулою (Д.7) для будь якої глибини визначають за формулою σ _{zp , nf} = σ _zp + q.

Вертикальне напруження від власної ваги ґрунту σ _zg на межі шару, розташованого на глибині z від підошви фундаменту, обчислюють за формулою

σ _zg = γ 'd_n + . (Д.8)

де γ ' - питома вага грунту, розташованого вище підошви фундаменту;

d_n - див. позначення на рисунку Д.1;

γ _i та h_i - відповідно питома вага і товщина i -го шару ґрунту.

Питому вагу ґрунтів, що залягають нижче рівня підземних вод, але вище водоупору, необхідно приймати з урахуванням виважувальної дії води.

При визначенні σ _zg у водотривкому шарі і нижче необхідно враховувати тиск стовпа води, який розташований вище водотривкого шару.

Д.10 Нижню межу стисливої товщі основи приймають на глибині z = Н_с, де виконується умова σ _zp = k σ _zg,

де a) k = 0,2 при b ≤ 5 м; б) k = 0,5 при b > 20 м; в) при 5 < b ≤ 20 м k визначають інтерполяцією.

σ _zp, σ _zg - визначають за формулами (Д.2), (Д.8). При цьому глибина стисливої товщі не повинна бути менше b/2 при b ≤ 10 м та (4 + 0,1 b) при b > 10 м.

Якщо в межах глибини Н_с, знайденої за вказаними вище умовами, залягає шар грунту з модулем деформації Е > 100 МПа, стисливу товщу допускається приймати до покрівлі цього грунту.

Якщо знайдена за вказаними вище умовами нижня межа стисливої товщі розташована в шарі ґрунту з модулем деформації Е < 5МПа або такий шар залягає безпосередньо нижче глибини z = Н_с, то цей шар включають у стисливу товщу, а за Н_с приймають менше із значень, що відповідає підошві шару чи глибині, де виконується умова σ _zp =0,1 σ _zg.

Д.11 Для швидкого визначення величин осідань фундаментів, а також при варіантному проектуванні з метою вибору оптимальної конструкції фундаменту допускається користуватися формулою, яка базується на рішеннях лінійно-деформованого півпростору (при нижній межі стисливої товщі на глибині, де величина додаткових напружень стиску становить 0,1 р) і не потребує додаткових допоміжних таблиць і графічних побудов

S = 1,44 , (Д.9)

Д.12 Для багатошарових основ величину осередненого модуля деформації Е_с в межах стисливої товщі Н_с обчислюють за формулою

Е_с = , (Д.10)

де Е_i - модуль деформації i -го шару основи;

z_i - відстань від середини i -го шару до нижньої межі стисливої товщі основи Н_с;

Н_с - глибина стисливої товщі, яку обчислюють за формулою

Н_с = k b, (Д.11)

де k - коефіцієнт, що приймають за таблицею Д.2.

Таблиця Д.2 - Коефіцієнт k

η = l/b	Круглий фундамент	1,0	1,2	1,4	1,8	2,0	2,4	3,2	5,0	6,0 і більше (стрічка)
k	1,8	2,0	2,2	2,4	2,8	3,0	3,4	3,8	4,3	6,0