Конечная осадка основания фундамента и ее прогнозирование

ДЕФОРМАЦИИ ЛЕССОВОГО ОСНОВАНИЯ ОТ

Возведение здания или сооружения на строительной площадке связано с появлением в грунтовом основании силового поля и формированием соответствующего напряженно-деформированного состояния. В зоне основания, непосредственно примыкающей к подошве фундамента, наблюдается уплотнение грунта естественной влажности, как следствие, появление деформации осадки S.

В период эксплуатации здания или сооружения в условиях возможного замачивания грунта развивается просадочная деформация S_sl. Полная (суммарная) деформация основания фундаментов на лессовых грунтах состоит из двух слагаемых и выражается следующим образом:

S_n = S + S_sl. (5.1)

Просадочная деформация может развиваться под воздействием напряжений от внешней нагрузки S_sl,p, так и от собственного веса грунта S_sl,g

S_sl = S_sl,p + S_sl,g. (5.2)

Рассмотрим методы определения составляющих полной деформации грунтов основания фундаментов промышленно-гражданских зданий и сооружений.

Согласно действующим нормативам осадку фундаментов шириной подошвы b ≤ 10 м рассчитывают, используя модель линейно-деформируемого полупространства. Предполагают, что осадка происходит в основном за счет сжатия грунта в пределах сжимаемой толщи, нижняя граница которой выделяется на глубину от подошвы фундамента по определенному соотношению k_s между дополнительными σ_zp и природными σ_zп напряжениями в грунтовом основании. Нижняя граница сжимаемой толщи принимается на глубине z = H_c, на которой соблюдается условие (рис. 7)

. (5.3)

В расчетах осадки фундамента на грунтах природной влажности, модуль общей деформации которых Е ≥ 5 МПа, принимают коэффициент k_s = 0,2. Если в пределах сжимаемой толщи залегают слои грунта с модулем общей деформации E < 5 МПа или такой слой примыкает непосредственно на глубине z = H_c, то нижняя граница сжимаемой толщи устанавливается по формуле (5.3) при k_s = 0,1.

Рис. 7. Схемы определения осадки (а) и просадки (б)

основания фундамента и границы:

1 – сжимаемой толщи; 2 - деформируемой зоны;

3 – области просадок от собственного веса грунта

 

Коэффициент k_s является функцией степени влажности грунта. Чем выше s_r, тем меньше значение коэффициента k_s (рис. 8). Как следует из рис. 9, при невысокой влажности грунта (s_r = 0,4) значение коэффициента k_s = 0,45, а при повышенной влажности лессового грунта (s_r = 0,6–0,7) оно близко к рекомендуемому СНиПом значению k_s = 0,2. Для расчета осадки водонасыщенного лессового грунта можно рекомендовать значение k_s = 0,1.

Расчет осадки S фундаментов по методу послойного суммирования осуществляется по формуле

, (5.4)

где β – безразмерный коэффициент, принимаемый равным 0,8;

σ_zp,I - среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i- ом слое грунта, равное полусумме σ_zp на верхней z_i-1 и нижней z_i границах слоя по оси, проходящей через цент подошвы фундамента;

h_i, E_i - соответственно толщина и модуль общей деформации i- го слоя грунта;

n – число слоев, на которое разбита сжимаемая толща основания.

Рис. 8. Зависимость соотношения напряжений на нижней

границе сжимаемой толщи от степени влажности s_r лессового грунта

 

Обычно грунтовое основание ниже подошвы фундамента разбивают на однородные по физико-механическим свойствам характеристикам слои грунта толщиной h_i ≤ 0,4ּ b, где b – ширина подошвы прямоугольного (ленточного) или диаметр круглого фундамента.

 

 

Вертикальное напряжение от собственного веса грунта естественной влажности, расположенного на глубине z от подошвы фундамента, находится по формуле

, (5.5)

где γ^’ - удельный вес грунта, расположенного выше подошвы фундамента;

d_n – глубина заложения подошвы фундамента, равная в случае планировки площадки подсыпкой расстоянию от отметки природного уровня NL до отметки подошвы фундамента FL. При планировке срезкой грунта вместо d_n подставляют глубину d, равную расстоянию от отметки планировки DL до отметки подошвы фундамента FL.

На рис. 8 показаны обозначения отметок: В.С – нижней границы сжимаемой толщи; B.SL – границы просадочного грунта. В случае залегания в пределах сжимаемой толщи H_c уровня подземных вод (УПВ) необходимо учитывать при расчете σ_zg по формуле (5.5) взвешивающее действие воды слоев грунта, расположенных ниже УПВ. В этом случае удельный вес грунта во взвешенном состоянии определяется по формуле

, (5.6)

γ_s,i и е_i - соответственно удельный вес частиц и коэффициент пористости грунта i- го слоя;

γ_w - удельный вес воды, принимаемый в инженерных расчетах равным 10 кН/м³.

Дополнительные вертикальные напряжения на глубине z от подошвы фундамента по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента, вычисляется по формуле

, (5.7)

где α_z - коэффициент, учитывающий рассеивание напряжений по глубине основания и принимаемый по приложению 2 СНиП 2.02.01-83* в зависимости от формы подошвы и соотношения сторон фундамента, а также относительной глубины ;

p_o - дополнительное вертикальное давление по подошве фундамента, вычисляемое по формуле

, (5.8)

где p – среднее давление от нагрузок под подошвой фундамента, вычисленное для его расчета по второй группе предельных состояний;

σ_zg,o - вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента, вычисленное по формуле (5.5).

Расчет осадки по формуле (5.4) производится с использованием значений модуля общей деформации грунта Е, принимаемого по результатам определений в полевых или компрессионных (лабораторных) опытах. При отсутствии таких сведений допускается использование региональных таблиц значений Е.