По модели двухслойной среды

Методы проектирования оснований исходят из положения о том, что распределение напряжений в грунтовой толще ниже подошвы фундамента, независимо от того является ли она слоистой или однородной, происходит как в сплошной однородной линейно-деформируемой среде. Слоистость основания при определении осадки фундамента учитывается путем введения в расчетные формулы дифференцированных значений модулей общей деформации отдельных слоев грунта. При расчете просадки фундамента слоистость лессового основания отражается лишь введением дифференцированных значений относительной просадочности различных слоев грунта.

В начальный период замачивания лессовое основание в пределах напряженной области как бы разделено на слои увлажненного и неувлажненного грунта. С известным приближением могут быть приняты в этих слоях осредненные значения влажности и модулей общей деформации грунта. В лессовом основании как бы формируется слоистая неоднородность.

Для характерных в ростовской области лессовидных суглинков различной исходной плотности и влажности определены соотношения модулей общей деформации верхнего (увлажненного) Е₂ и нижнего (естественной влажности) Е₁ слоев грунта. Эти соотношения представлены в виде параметра двухслойности, вычисляемого по формуле

. (5.12)

Особенности проявления слоистости среды при проектировании зданий и сооружений на лессовых просадочных грунтах состоят в том, что при их замачивании сверху происходит концентрация вертикальных напряжений от нагрузки фундамента, а при подъеме уровня грунтовых вод эти напряжения в основании несколько меньше, чем в однородной среде.

Проблема расчета слоистых оснований давно привлекает внимание специалистов. Современные методы проектирования дорожных одежд базируются на учете слоистости грунтового основания. В области фундаментостроения на лессовом основании расчет просадочной деформации следует осуществлять при глубине или диаметре подошвы фундамента b ≤ 12 м и значениях параметра двухслойности δ ≤ 0,5 и δ ≥ 1,8. При иных значениях b и δ влиянием слоистости основания на просадочную деформацию можно пренебречь.

Рекомендуется следующий алгоритм расчета деформаций основания фундамента. Сначала в соответствии с заданной нагрузкой и глубиной заложения d определяются размеры подошвы фундамента. Для принятых размеров рассчитывается фактическое среднее давление по подошве фундамента р. Затем вычисляется осадка основания фундамента S по формуле (5.4). В последующем определяется просадка основания фундамента с использованием двухслойной среды. При этом базируются на аппроксимации зависимости относительной просадочности от вертикального давления (напряжения) на образец грунта в виде полной линейной функции по формуле (2.7).

По формулам (2.8) и (2.9) находятся коэффициенты уравнения прямой аппроксимации ε_sl = f (p).

Просадка основания S_sl,p в пределах деформируемой зоны (h_sl,p ≤ H_c) с учетом возможных боковых перемещений грунта при ширине подошвы фундамента b ≤ 12 м и находятся по следующей формуле:

, (5.13)

где S^o_sl,p - просадка фундамента без учета боковых перемещений грунта основания, определяемая по расчетной схеме двухслойной среды в условиях одномерного уплотнения грунта при замачивании;

k₁ – коэффициент, зависящий от коэффициента относительного поперечного расширения водонасыщенного лессового грунта ν (коэффициент Пуассона) и определяемый по формуле

; (5.14)

k₂ - коэффициент, принимаемый по формуле

; (5.15)

k₃ - коэффициент, учитывающий влияние размеров подошвы фундамента на значение его просадки в связи с боковыми перемещениями грунта и рассчитываемый по формуле

, (5.16)

где b₂ - меньшая сторона (ширина) или диаметр условно широких фундаментов, принимаемая равной 12 м;

b₁ - меньшая сторона (ширина) или диаметр условно узких фундаментов, принимаемая в инженерных расчетах равной 3 м;

b - фактическая ширина (меньшая сторона) проектируемого ленточного или прямоугольного или диаметр круглого фундаментов; при значении b < b₁, в формулу (5.16) подставляется b = b₁.

При b = 12 м коэффициент k₃ = 0. В этом случае просадка основания фундамента по формуле (5.13) выражается S_sl,p = S^o_sl,p, что соответствует условиям проявления деформации основания без боковых перемещений грунта.

Просадка S^o_sl,p определяется по формуле

, (5.17)

где a_oi и a_i - параметры уравнения прямой аппроксимации ε_sl = f (p) по формулам (2.8) и (2.9) для каждого i- го слоя грунта, расположенного ниже подошвы фундамента в пределах деформируемой зоны;

h_i - высота (толщина) i- го слоя грунта;

р_о - дополнительное давление по подошве фундамента;

w_i, w_{i – 1} – безразмерные коэффициенты, представляющие площадь эпюры огибающих вертикальных нормальных напряжений в i- ом и (i – 1)-ом слое грунта от действия единичной нагрузки на уровне подошвы фундамента и принимаемые по табл.

H_i - расстояние от поверхности природного рельефа до середины рассматриваемого i- го слоя грунта;

γ_sat,I - удельный вес грунта i- го слоя в водонасыщенном состоянии, вычисляемый по формуле (4.8);

п - число слоев грунта в пределах деформируемой зоны.

Просадка от действия собственного веса слоев грунта, расположенных в пределах просадочной толщи ниже границы деформируемой зоны, определяется по формуле

. (5.18)