Б) схема нагрузок на основание

5.9.5 Вертикальная составляющая силы предельного сопротивления основания, сложенного скальными грунтами, Ф _v, кН, независимо от глубины заложения фундамента, вычисляется по формуле (см. рисунок 5.11)

Ф _v = R_c b ´ l ´, (5.57)

где R_c — расчетный предел прочности на одноосное сжатие скального грунта, кПа;

b ´и l ´ — соответственно приведенные ширина и длина фундамента, м, вычисляемые
по формулам:

b ´ = b – 2 е_х; l ´= l – 2 e_y, (5.58)

здесь е_х и e_у — соответственно эксцентриситеты приложения равнодействующей нагрузок в направлении поперечной и продольной осей фундамента, м.

5.9.6 Сила предельного сопротивления основания, сложенного нескальными грунтами в стабилизированном состоянии, должна определяться исходя из условия, что соотношение между нормальными (s, МПа) и касательными (t, МПа) напряжениями по всем поверхностям скольжения, отвечающими предельному состоянию основания, соответствует зависимости

t = stg j₁ + c ₁, (5. 59)

где j₁ и c ₁— соответственно расчетные угол внутреннего трения, град, и удельное сцепление грунта, МПа.

5.9.7 Сила предельного сопротивления основания, сложенного медленно уплотняющимися водо­насыщенными глинистыми, органоминеральными и органическими грунтами (при степени влаж­ности S_r ³ 0,85 и коэффициенте консолидации с _n £10⁷ см²/г.), должна определяться с учетом возможного нестабилизированного состояния грунтов основания за счет избыточного давления
в поровой воде u, МПа, и того что соотношение между нормальными s, МПа, и касательными t, МПа, напряжениями принимаются по зависимости

t = (s – u)tg j₁ + c ₁, (5.60)

где значения j₁ и c ₁, см. формулу (5.59), соответствуют стабилизированному состоянию грунтов основания и определяются по результатам консолидированного среза (ГОСТ 12248, ГОСТ 20276).

5.9.8 Избыточное давление в поровой воде допускается определять методами фильтрационной консолидации грунтов с учетом скорости приложения нагрузки на основание.

При соответствующем обосновании (короткие сроки возведения сооружения или нагружение его эксплуатационными нагрузками, отсутствие в основании дренирующих слоев грунта или дренирующих устройств) допускается в запас надежности принимать j₁ = 0, а с ₁ — соответствующим нестабили­зированному состоянию грунтов основания и равным прочности грунта по результатам неконсолидированного среза с_u (ГОСТ 12248, ГОСТ 20276).

5.9.9 Вертикальную составляющую силы предельного сопротивленияоснованияФ _v, кН, сложенного нескальными грунтами в стабилизированном состоянии, допускается определять по формуле (5.61), если:

— соблюдается условие (5.63);

— фундамент имеет плоскую подошву, а нижезалегающие грунты однородны до глубины не менее ширины фундамента;

— интенсивность большей из нагрузок с одной из сторон фундамента (см. рисунок 5.11)
не превышает 0,5 R (где R — расчетное сопротивление грунта основания, определяемое в соответ­ствии с формулой (5.16), кН/м²).

(5.61)

где и — приведенные ширина и длина фундамента, м, по формуле (5.58), причем величина b ′ соответствует стороне фундамента, в направлении которой предполагается потеря устойчивости основания;

N _g, N_q, N_c — безразмерные коэффициенты несущей способности, определяемые по табли­це 5.18 в зависимости от расчетного значения угла внутреннего трения грунта j₁
и угла наклона к вертикали d равнодействующей внешней нагрузки F на основание в уровне подошвы фундамента по 5.9.10;

g₁, — расчетный удельный вес грунтов, кН/м³, находящихся в пределах возможной призмы выпирания соответственно ниже и выше подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяются с учетом взвешивающего действия воды
по формуле (5.17а));

с ₁ — расчетное удельное сцепление грунта, кПа;

d — глубина заложения фундамента (в случае неодинаковой вертикальной нагрузки с разных сторон фундамента значение d принимается соответствующим наименьшей нагрузке, например со стороны подвала), м;

x_g, x _q, x _c — коэффициенты формы фундамента, определяемые по формулам:

x_g = 1 – ; x _q = 1 + ; x_с = 1 + , (5.62)

здесь h = l / b — коэффициент соотношения сторон фундамента, если h = l / b < 1, в формулах (5.62) следует принимать h = 1.

l и b — соответственно длина и ширина подошвы фундамента, принимаемые в слу­чае внецентренного приложения равнодействующей нагрузки равными приведенным значениям и , определяемым по формулам (5.58).

5.9.9.1 Расчет по формуле (5.61) допускается производить, если выполняется условие

tg d < sin j_1, (5.63)

где обозначения — по 5.9.6 и 5.9.10.

Если условие (5.63) не выполняется, проверку несущей способности нескального основания фундамента следует производить исходя из следующих возможных вариантов потери устойчивости (в зависимости от соотношения вертикальной и горизонтальной составляющих равнодействующей нагрузки по формуле (5.64), а также от величины эксцентриситета):

— плоский сдвиг по подошве фундамента — по 5.9.11;

— глубинный сдвиг — по 5.9.12;

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

Таблица 5.18 — Безразмерные коэффициенты несущей способности N _g, N_q, N_c

Угол внутреннего трения грунта j1, град.	Обозна­чение коэффициентов	Коэффициенты N g, Nq и Nc при углах наклона к вертикали равнодействующей внешней нагрузки d, равных
0°	5°	10°	15°	20°	25°	30°	35°	40°	45°
0°	N g		—	—	—	—	—	—	—	—	—
	Nq	1,00
	Nc	5,14
5°	N g	0,20	0,05*	d′ = 4,9°	—	—	—	—	—	—	—
	Nq	1,57	1,26*
	Nc	6,49	2,93*
10°	N g	0,60	0,42	0,12*	d′ = 9,8°	—	—	—	—	—	—
	Nq	2,47	2,16	1,60*
	Nc	8,34	6,57	3,38*
15°	N g	1,35	1,02	0,61	0,21*	d′ = 14,5°	—	—	—	—	—
	Nq	3,94	3,45	2,84	2,06*
	Nc	10,98	9,13	6,88	3,94*
20°	N g	2,88	2,18	1,47	0,82	0,36*	d′ = 18,9°	—	—	—	—
	Nq	6,40	5,56	4,64	3,64	2,69*
	Nc	14,84	12,53	10,02	7,26	4,65*
25°	N g	5,87	4,50	3,18	2,00	1,05	0,58*	d′ = 22,9°	—	—	—
	Nq	10,66	9,17	7,65	6,13	4,58	3,60*
	Nc	20,72	17,53	14,26	10,99	7,68	5,58*
30°	N g	12,39	9,43	6,72	4,44	2,63	1,29	0,95*	d′ = 26,5°	—	—
	Nq	18,40	15,63	12,94	10,37	7,96	5,67	4,95*
	Nc	30,14	25,34	20,68	16,23	12,05	8,09	6,85*
35°	N g	27,50	20,58	14,63	9,79	6,08	3,38	1,60*	d′ = 29,8°	—	—
	Nq	33,30	27,86	22,77	18,12	13,94	10,24	7,04*
	Nc	46,12	38,36	31,09	24,45	118,48	13,19	8,63*
40°	N g	66,01	48,30	33,84	22,56	14,18	8,26	4,30	2,79*	d′ = 32,7°	—
	Nq	64,19	52,71	42,37	33,26	25,39	18,70	13,11	10,46*
	Nc	75,31	61,63	49,31	38,45	29,07	21,10	14,43	11,27*
45°	N g	177,61	126,09	86,20	56,50	32,26	20,73	11,26	5,45	5,22*	d′ = 35,2°
	Nq	134,87	108,24	85,16	65,58	49,26	35,93	25,24	16,82	16,42*
	Nc	133,87	107,23	84,16	64,58	48,26	34,93	24,24	15,82	15,82*
* Значения коэффициентов несущей способности соответствуют предельному значению угла наклона к вертикали равнодействующей внешней нагрузки d¢ (указано в ячейке справа), определенному исходя из условия (5.63).
Примечание — При промежуточных значениях j1 и d коэффициенты N g Nq и Nc допускается определять линейной интерполяцией.

5.9.9.2 При неодинаковой пригрузке с разных сторон фундамента в составе горизонтальных нагрузок следует учитывать активное давление грунта.

Во всех случаях, когда на фундамент действуют горизонтальные нагрузки и основание сложено грунтами в нестабилизированном состоянии, следует производить расчет фундамента на сдвиг
по подошве.

Устойчивость фундаментов на действие сил морозного пучения грунтов необходимо проверять, если основание сложено пучинистыми грунтами.

5.9.10 Угол наклона к вертикали d равнодействующей внешней нагрузки на основание определяется из условия

tg d = F_h / F_v, (5.64)

где F_h и F _v — соответственно горизонтальная и вертикальная составляющие внешней нагрузки F на основание в уровне подошвы фундамента (см. рисунок 5.11).

Расчет устойчивости фундамента на плоский сдвиг по его подошве при действии горизонтальной нагрузки для нестабилизированного грунта или при невыполнении условия (5.63) производится из условия

£ , (5.65)

где и — суммы горизонтальных проекций на плоскость скольжения соответственно расчетных сдвигающих и удерживающих сил, определяемые с учетом активного и пассивного давления грунта на боковые грани фундамента
по формулам:

здесь F_h — горизонтальная составляющая нагрузки на фундамент, кН (см. рисунок 5.11);

Е_р и Е_h — соответственно пассивное и активное давление грунта на боковые грани фундамента, кН;

F_v — вертикальная составляющая нагрузки на основание в уровне подошвы фундамента, кН;

u — гидростатическое противодавление при уровне подземных вод выше подошвы фундамента, кН;

А — площадь подошвы фундамента, м²;

с — расчетное удельное сцепление грунта, кПа;

f — коэффициент трения подошвы фундамента по грунту. Для фундаментов
с повышенной шероховатостью подошвы f = tg j (j — угол внутреннего трения грунта), при гладкой подошве бетонных фундаментов значение f допускается при расчетах на сдвиг принимать равным для:

песка маловлажного — 0,50;

песка водонасыщенного — 0,45;

супеси — 0,50 (I_L < 0,25), 0,30(I_L ³ 0,25);

суглинка — 0,40 (I_L < 0,25), 0,20 (I_L ³ 0,25);

глины — 0,30 (I_L < 0,25), 0,15(I_L ³ 0,25);

скальных оснований — 0,60.

g _c и g _n — коэффициенты, см. формулу (5.56).

5.9.12 Расчет оснований по несущей способности в случае, если его нельзя выполнить аналитически, допускается производить графоаналитическими методами с использованием круглоцилиндрических или ломаных поверхностей скольжения, если:

а) основание неоднородно по глубине (кроме случая двухслойного основания), не выполняются требования по 5.3.3;

б) пригрузка основания с разных сторон фундамента неодинакова, причем интенсивность большей из нагрузок превышает 0,5 R (R — расчетное сопротивление грунта основания, определяемое по формуле (5.16));

в) сооружение расположено на откосе или вблизи него;

г) состояние грунтов основания нестабилизированное, за исключением случаев по 5.9.7.

5.9.12.1 Расчет фундамента на устойчивость против глубокого сдвига графоаналитическим методом производится для принятой поверхности скольжения в следующем порядке (пример Г.13,
приложение Г). Задаются центры вращения для принятой поверхности скольжения и определяется коэффициент запаса устойчивости на сдвиг из условия

(5.66)

где — соответственно суммы моментов сдвигающих и удерживающих сил на 1 м длины фундамента относительно центра вращения, МН·м;

g _с и g _n — коэффициенты по формуле (5.56);

r — радиус поверхности скольжения, м;

b — ширина элементарных вертикальных полос, на которые делится сдвигаемый массив, м;

р_i — средняя (в пределах ширины полосы) ордината эпюры давлений на грунт от сооружения без учета противодавления воды, определяемая по формуле для внецентренного сжатия, МПа;

h_i — средняя высота i -й полосы грунта, м;

g_{I i} — расчетный удельный вес грунта в пределах i -й полосы, принимаемый
с учетом взвешивающего действия воды, МН/м³;

j_{l i} — расчетный угол внутреннего трения грунта по площадке скольжения в пре­делах рассматриваемой полосы, град;

a _i — угол между вертикалью и нормалью к i- й площадке скольжения, град;

с _{I i} — расчетное удельное сцепление грунта по площадке скольжения в пределах i -й полосы, МПа;

Е_m — равнодействующая активного давления m -го слоя грунта на боковую грань фундамента, МН;

l_m — расстояние от линии действия силы E_m до горизонтали, проходящей через центр поверхности скольжения, м;

F_v — равнодействующая вертикальных нагрузок на уровне подошвы фундамента, МН;

а — расстояние от центра поверхности скольжения до линии действия силы F_v, м.

При наличии связи фундамента с конструкциями сооружения (например, неподвижной опоры
в виде перекрытия, анкера и др.) за центр вращения поверхности скольжения допускается принимать точку опирания фундамента. Если значения h меньше, чем по условию (5.66), следует увеличить размеры фундамента или выполнить другие мероприятия по обеспечению его устойчивости.

5.9.12.2 Устойчивость фундамента против опрокидывания рассчитывается по формуле

(5.66а)

где М _ext и M _int — соответственно моменты опрокидывающих и удерживающих сил относительно оси возможного поворота конструкции, проходящей по крайним точкам опирания подошвы фундамента, МН·м;

g _с и g _n — коэффициенты, см. условие (5.56).

Расчет фундамента (сооружения) на устойчивость против опрокидывания не производится, если выполняются требования 5.3.3, 5.9.3 (равнодействующая нагрузки не выходит за пределы ядра сечения подошвы фундамента по 5.3.1).