Проектирование основания фундамента по второй группе предельных состояний
Существуют две группы предельных состояний: первая по несущей способности и общей устойчивости и вторая по деформациям. При расчетах по первой группе ограничиваются величины усилий, при расчетах по второй группе основным ограничением служат предельные деформации.
Что должна обеспечивать оценка по второму предельному состоянию?
Выполнение основного условия второго предельного состояния s £ su, где s совместная деформация основания и сооружения, в том числе осадка (или относительная разность осадок), а su предельно разрешаемая деформация (или относительная разность осадки, или крен), должно обеспечить возможность нормальной эксплуатации здания или сооружения в течение всего назначенного срока. Условие s £ su, является основным для второго предельного состояния, а s и su, имеют обобщенные значения (средняя или максимальная осадка, горизонтальные перемещения, относительная разность осадок, крен и т.д.).
Величины su, получены в результате обобщения строительного опыта, наблюдения за действующими однотипными сооружениями, за авариями. Для принципиально новых конструкций зданий или сооружений величины su, должны быть назначены проектировщиками.
Всегда ли следует производить проверку деформации основания совместно с сооружением, то есть проверку по второму предельному состоянию?
Проверка по второму предельному состоянию и оценка согласно его критериям является обязательной во всех случаях, кроме указанных ниже. Под величиной s подразумевается конечная, стабилизировавшаяся со временем деформация. Однако расчет деформаций допускается не выполнять, если давление под подошвой фундамента не превышает расчетного сопротивления, а сжимаемость грунтов в пределах контура здания или сооружения изменяется в ограниченных пределах. Кроме того, расчет деформаций разрешается не проводить, если инженерно-геологические условия площадки соответствуют области применения типового проекта. Эти условия, позволяющие не производить расчет по деформациям, перечислены в СНиП.
В чем заключается сущность расчета по деформациям?
Целью расчета оснований по деформациям является ограничение абсолютных и относительных перемещений фундаментов, а также надфундаментных конструкций такими пределами, при которых гарантируется нормальная эксплуатация сооружения и не снижается его долговечность вследствие появления недопустимых осадок, подъемов, кренов, прогибов.
Расчет оснований по деформациям производится исходя из условия
где s совместная деформация основания и сооружения, определяемая расчетом; 
предельное значение совместной деформации основания и сооружения
расчет оснований по деформациям производится из условия совместной работы сооружения и основания. При этом совместная деформация оценивается следующими расчетными показателями, величины которых не должны превышать их нормируемых значений (см. Ф.5.6, Ф.5.7):
абсолютной осадкой основания отдельного фундамента s;
средней осадкой основания сооружения 
;
относительной неравномерностью осадок двух фундаментов D s/L;
креном фундамента или сооружения в целом i;
относительными прогибом или выгибом f / L отношением стрелы прогиба или выгиба к длине однозначно изгибаемого участка сооружения;
кривизной изгибаемого участка сооружения 1/R;
относительным углом закручивания сооружения 
;
горизонтальным перемещением фундамента u.
Средняя осадка определяется по формуле
где si абсолютная осадка i-го фундамента с площадью подошвы Ai.
Расчет деформации основания может быть выполнен с использованием как аналитических, так и численных методов расчета. К аналитическим методам относятся:
метод элементарного послойного суммирования.;
метод эквивалентного слоя грунта
метод линейно-деформируемого слоя.
Численные методы расчета основаны на использовании линейных или нелинейных решений теории упругости и теории пластичности
Источник
Расчет фундамента мелкого заложения по 2 группе предельных состояний
5.1. Общие сведения
При расчете по 2 группе предельных состояний определяют осадки, разности осадок, крены фундаментов, горизонтальные смещения верха опор мостов и сравнивают их с предельно допустимыми значениями,т.е.
где S – совместная деформация основания и сооружения (осадка);
Su – предельное значение деформации.
Если осадка фундамента (или разность осадок соседних фундаментов) превышает указанные предельные величины, то размеры фундамента должны быть изменены и подобраны по предельным значениям деформаций.
Снижение осадки может быть достигнуто увеличением размеров подошвы фундамента (что не всегда эффективно), или увеличениям глубины заложения фундамента до более плотного грунта.
Наиболее распространенный вид деформаций – осадка..
Осадка фундамента будет равномерной если равнодействующая всех сил пройдет через центр тяжести подошвы фундамента. Во всех остальных случаях напряжения по подошве фундамента будут неравномерные и осадка будет сопровождаться креном .
Величину крена фундамента определяют не всегда (особенно в мостовых опорах ).
Влияние крена косвенно учитывают путем ограничения положения равнодействующей всех нагрузок.
За нормами «СНиП 2.05.03-84. Мосты и трубы» п 7.7 относительный эксцентриситет приложения равнодействующей нагрузок е0/r ограничивается определенными пределами.
Например, для фундаментов промежуточных опор мостов при действии постоянных и временных нагрузок в невыгодном сочетании нагрузок
где е0 – эксцентриситет приложения вертикальной равнодействующей N всех сил относительно центра тяжести подошвы фундамента;
r – радиус ядра сечения подошвы фундамента;
W – момент сопротивления площади подошвы фундамента относящейся к наименее нагруженной грани;
А – площадь подошвы фундамента.
5.2. Основные положения расчета осадки фундамента методом послойного суммирования
Расчет осадки фундаментов выполняется по «СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений» :
где Su – предельное значение деформации
Su 
= 1,5 √L, см
L – расчетный пролет в метрах, не менее 25 м;
S – совместная деформация основания и сооружения.
Прогнозируемая величина осадки S определяется приближенными практическими методами. «СНиП 2.02.01-83.Основания зданий и сооружений» рекомендует применять расчет методом послойного суммирования.
При расчете приняты следующие допущения:
— распределение напряжений в толще основания принимается по теорией однородного изотропного линейно деформуемого полупространства при условии, что зоны пластической деформации грунта под подошвою фундамента могут иметь только ограниченное развитие;
— деформации отдельных слоев неоднородного основания определяются по нормативным давлениям и модулям деформаций, установленным для каждого слоя грунта.
Величина осадки фундамента, равная сжатию всех слоев грунта в пределах активной зоны, определяется по формуле
, (11)
где β= 0,8 – коэффициент, учитывающий стесненность бокового расширения грунта;
hi – толщина і-го элементарного слоя грунта ниже подошвы фундамента в пределах активной зоны;
Еi – модуль деформации і-го элементарного слоя грунта в пределах активной зоны;
— середнее значение дополнительного (осадочного) напряжения в пределах і-го слоя грунта от действия нормативных нагрузок.
Знак ∑ (суммы) распространяется на все слои грунта в пределах активной зоны ниже подошвы фундамента.
Глубина активной зоны принимается от уровня подошвы фундамента до того уровня, на котором осадочное давление становится равным 0,2 от природного или бытового.
Чтобы воспользоваться формулу (11) выполняют ряд предварительных расчетов и построений (см. рис. 4) :
1. На оси фундамента строится эпюра природных (бытовых) давлений qh На рассматриваемой глубине оно равно весу вышележащего столба грунта.
2. Толща грунта ниже подошвы фундамента разбивается на n слоев, каждый из которых должен быть однородным по сжимаемости и иметь мощность (∆) не больше 0,4b ( b – меньшая сторона подошвы фундамента), то есть
3. Определяется среднее давление по подошве фундамента от нормативных нагрузок
4. Определяется дополнительное (осадочное) давление в уровне подошвы фундамента
где qh – природное давление в уровне подошвы фундамента.
5. Определяются величины 
, 
для каждого элементарного слоя
— дополнительное давление на глубине верхней границы элементарного слоя;
— дополнительное давление на глубине нижней границы элементарного слоя.
Знак суммы в формуле распространяется на все слои грунта в пределах активной зоны Zакт.
Глубина активной зоны zакт принимается от уровня подошвы фундамента до уровня, на котором дополнительное давление становится равным 0,2 от природного.
1 – эпюра природных (бытовых) давлений; qh;
2 – эпюра дополнительных давлений;
3 – эпюра 0,2 от природного давления; 0.2qh.
Рис.4 – Схема к расчету оседания фундамента методом послойного
Источник
65. Расчет оснований по 1 и 2 группе предельных состояний.
Целью расчета оснований по первой группе предельных состояний (по несущей способности) является обеспечение необходимой прочности и устойчивости оснований, включая недопущение возможного сдвига фундамента по подошве и его опрокидывания.
Расчет по первой группе предельных состояний производят только следующих случаях: при передаче на основание значительных горизонтальных нагрузок (подпорные стены, фундаменты распорных конструкций и др.), в том числе и сейсмических; на фундамент действуют выдергивающие нагрузки; все здание или его отдельные фундаменты располагаются вблизи нисходящего откоса грунта; основание сложено скальными грунтами; основание сложено слабыми грунтами, в частности водонасыщенными заторфованными и пылевато-глинистыми, имеющими мягкопластичную и текучепластичную консистенцию.
Расчет оснований по несущей способности выполняют, проверяя условие: F≤γCFU/γn , где F — расчетная нагрузка на основание от основного или особого сочетания нагрузок; γC — коэффициент условий работы, принимаемый для песков, кроме пылеватых, γC= 1, для пылевато-глинистых грунтов в стабилизированном состоянии, а также песков пылеватых — 0,9, для пылевато-глинистых в нестабилизированном состоянии — 0,85, для скальных грунтов: невыветрелых и слабовыветрелых — 1,0, выветрелых — 0,9, сильновыветрелых — 0,8; FU – сила предельного сопротивления основания; γn — коэффициент надежности по назначению сооружения, принимаемый равным 1,2; 1,15; 1,10 соответственно для сооружений I, II и III классов ответственности.
Основной целью расчета оснований по второй группе предельных состояний (по деформациям) является ограничение перемещений
фундаментов такими предельными значениями, которые гapaнтируют нормальную эксплуатацию и требуемую долговечность зданий и сооружений, исключая возможность, проявления значительных неравномерностей осадок связанных с появлением кренов,
изменения проектных отметок и положений конструкций и их соединений. Расчет оснований по деформациям предполагает, что прочность и трещиностойкость самих фундаментов и фундаментных конструкций должны быть проверены по результатам дополнительных расчетов.
Так как проектирование оснований начинают с назначения глубины заложения фундамента, то ограничение осадки последнего производят, назначением определенных размеров подошвы, то ограничение возможных неравномерностей осадок часто, добиваются за счет варьирования размерами подошвы, тем самым уменьшая или увеличивая давление в грунте основания, что позволяет регулировать осадки отдельных фундаментов.
Расчет оснований по деформациям требует выполнения следующего условия: S≤SU
где s – деформация основания, определяемая по результатам совместной работы основания и сооружения; SU — предельное значение совместной деформации основания и сооружения. Предельно допустимые деформации определяются в основном эксплуатационными требованиями, предъявляемыми к сооружению. По СНиПу рекомендуется ограничивать давление по подошве фундамента расчетным сопротивлением грунта основания: p≤R.
Расчетное сопротивление грунта основания под подошвой фундамента определяется по формуле Пузыревского:
γc1, γc1— коэффициенты, зависящие от инженерно-геологических условий
сII— удельное сцепление грунта
γII— удельный вес грунта над подошвой фундамента
γ , II— удельный вес грунта под подошвой фундамента
Мq, Мγ Мс— коэффициенты принимаемые от угла внутреннего трения
d1— глубина заложения подошвы фундамента.
Источник