10.1.2. Расчет просадочных деформаций
Просадки фундаментов ssl от их нагрузки, проходящие в пределах деформируемой зоны hsl.p , определяются по формуле
где εsl — относительная просадочность грунта, определяемая для каждого слоя грунта в пределах деформируемой зоны hsl.p при давлении, равном сумме природного давления и давления от фундамента зданий или сооружений в середине рассматриваемого слоя; hi — толщина i -го слоя грунта, см; n — число слоев, на которые разбита деформируемая зона hsl.p ; γci — коэффициент условий работы основания, принимаемый для фундаментов шириной от 12 м и более равным 1, а для ленточных фундаментов шириной до 3 м и прямоугольных шириной до 5 м включительно по формуле
(здесь p — среднее давление по подошве фундамента, МПа; psl — начальное просадочное давление, МПа; р0 — давление, равное 0,1 МПа); для ленточных фундаментов шириной более 3 м и прямоугольных шириной более 5 м коэффициенты γci определяются по интерполяции между значениями, вычисленными по формуле (10.5), и γci = 1; при неполном устранении просадочных свойств грунтов уплотнением или закреплением на глубину не менее 1,5 м или 0,2 hsl.p коэффициенты γci принимаются равными 1.
При расчете просадок фундаментов в случаях неполного водонасыщения грунта в формулу (10.4) подставляются значения относительной просадочности ε´sl , определяемые по формулам:
где ωeq — конечная влажность грунта после замачивания; ωsl — начальная просадочная влажность; ωsat — влажность, соответствующая полному водонасыщению грунта.
Максимальная величина просадки от собственного веса грунта, проявляющаяся при его замачивании сверху на площади шириной не менее глубины просадочной толщи или при подъеме уровня грунтовых вод, определяется по формуле (10.4). При этом суммирование производится:
- – при отсутствии внешней нагрузки, а также при наличии узких фундаментов, когда деформируемая зона от нагрузки фундамента не сливается с зоной просадки грунта от собственного веса — только в пределах зоны просадки грунта от собственного веса;
- – при подъеме грунтовых вод или при медленном повышении влажности — только в пределах той части зоны просадки грунта от собственного веса, в которой произошло соответствующее повышение влажности;
- – при широких фундаментах и частичном наложении деформируемой зоны от их нагрузки на деформируемую зону просадки от собственного веса грунта — в пределах с глубины, на которой суммарные давления от нагрузки фундамента и от собственного веса грунта имеют минимальное значение, до кровли непросадочного грунта.
Коэффициент условий работы γсi в этом случае следует принимать по результатам опытных работ для каждого региона как отношение фактически замеренной просадки к расчетной, а при отсутствии опытных данных γсi = 1.
Возможная величина просадки грунта ssl от собственного веса, проявляющаяся при замачивании площади шириной Вω менее величины просадочной толщи Hcl , определяется по формуле
Разность просадок и крены отдельных фундаментов от их нагрузки (рис. 10.3) вычисляются с учетом изменения просадки грунта по выражению
где х — расстояние от края источника замачивания до рассматриваемой точки; lsl — длина участка, на котором проявляется неравномерная просадка грунта:
здесь d , — глубина заложения фундамента от планировочной отметки; hsl.p —толщина зоны просадки грунта от внешней нагрузки; hω — глубина расположения источника замачивания от поверхности планировки; γcβ — коэффициент, учитывающий возможное увеличение угла распространения воды вследствие слоистости грунтов основания и принимаемый для однородных, грунтов γcβ = 1, при залегании сверху слоя грунта с меньшим коэффициентом фильтрации γcβ = 0,7, с большим γcβ = 1,4 слоистых толщ γcβ = 2; β — угол распространения воды от источника замачивания, принимаемый: для лёссовидных супесей и лёссов β = 35°, а для лёссовидных суглинков β = 50°.
Крен фундамента определяется как отношение разности просадок краев фундамента к его ширине. Разность просадок грунта Δsl.g от его собственного веса в различных точках замачиваемой и примыкающей к ней площади определяется с учетом изменения просадок грунта по формуле
где х — расстояние от центра замачиваемой площади или начало горизонтального участка просадки грунта до точки, в которой определяется просадка ssl.x (см. рис. 10.2) (0 x r ); r — расчетная длина криволинейного участка просадки грунта от его собственного веса;
Горизонтальные перемещения usl на поверхности грунта при просадке его от собственного веса, вызванной замачиванием грунта сверху, определяются по выражению
где ε — относительные горизонтальные перемещения:
где х — координата точки, в которой определяется горизонтальное перемещение usl , изменяющееся при расположении начала координат в точке 0 (рис. 10.2) от нуля до r /2.
Пример 10.1. Определить просадки, разности просадок и крены двух отдельно стоящих фундаментов (см. рис. 10.3), возводимых на грунтовой подушке толщиной hs = 2 м. Исходные данные: b = 3 м, р = 0,3 МПа, d = 1,5 м, hsl.p = 5,5 м, hω = 2 м, hsat = 5 м, Δh1 = 3,6 м, Δh´1 = 3 м, Δh´´1 = 4 м, Δh2 = 1,5 м, Δh´2 = 0,9 м, Δh´´2 = 2,1 м, bω = 2,4 м, x1 = 2,8 м, x2 = 6,8 м. Физико-механические характеристики грунтов приведены в табл. 10.1.
Решение. Разбиваем просадочную толщу грунтов на элементарные слои толщиной 1 м и определяем вертикальные давления в основании фундаментов (табл. 10.2).
По данным первых шести граф табл. 10.2 и материалам инженерно-геологических изысканий (табл. 10.1) определяем εsli , по формуле (10.7) находим ε´sl2 , и их значения также сводим в табл. 10.2.
По формуле (10.4) определяем просадки фундаментов с учетом грунтовой, подушки и замачивания грунтов в нижней части деформируемой зоны, т.е. в пределах Δh1 = 3,6 м и Δh2 = 1,5 м:
= 0,017 · 60 + 0,14 · 100 + 0,012 · 100 + 0,01 · 90 = 4,6 см;
ssl2 = 0,012 · 60 + 0,01 · 90 = 1,6 см.
Находим разность просадок фундаментов Ф-1 и Ф-2:
Вычисляем крен фундамента Ф-1 исходя из того, что толщина замоченного слоя грунта под одной его гранью равняется Δh´1 = 3 м, а под другой Δh´´1 = 4,2 м, а просадочного слоя 3,8 м:
ssl1 = 0,017 · 10 + 0,014 · 100 + 0,012 · 100 + 0,01 · 90 = 3,7 см;
ssl2 = 0,01 · 90 + 0,014 · 100 + 0,012 · 100 + 0,01 · 90 = 5 см;
ТАБЛИЦА 10.1. ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГРУНТОВ
Грунт | Глубина слоя, м | γs , кН/м 3 | γd , кН/м 3 | γ , кН/м 3 | ω | psl , МПа | εsl при pi , МПа | ||
0,1 | 0,2 | 0,3 | |||||||
Супесь | 2,1 3,1 | 26,8 | 14 15,5 | 17,8 18,2 | 0,15 0,16 | 0,08 | 0,014 0,012 | 0,040 0,030 | 0,066 0,048 |
Суглинок | 4,1 5,1 6,1 | 27 | 14,5 14,7 14,8 | 18,2 18,5 18,8 | 0,16 0,1 0,12 | 0,1 | 0,01 | 0,024 0,018 0,016 | 0,038 0,027 0,022 |
ТАБЛИЦА 10.2. ИЗМЕНЕНИЕ ПО ГЛУБИНЕ ВЕРТИКАЛЬНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ И ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ПРОСАДОЧНОСТИ
Глубина от подошвы фундамента z , м | σzg , МПа | α | ασzp , МПа | σi = σzg + ασzp , МПа | εsli | ε´sli | |
0 | 0,027 | 1 | 0,273 | 0,3 | |||
0,6 | 0,038 | 0,972 | 0,266 | 0,3 | 0,3 | – | – |
1,6 | 0,057 | 0,738 | 0,202 | 0,26 | 0,28 | – | – |
2,6 | 0,076 | 0,49 | 0,134 | 0,21 | 0,24 | 0,031 | 0,017 |
3,6 | 0,095 | 0,325 | 0,089 | 0,18 | 0,20 | 0,023 | 0,014 |
4,6 | 0,115 | 0,234 | 0,064 | 0,18 | 0,18 | 0,017 | 0,012 |
5,5 | 0,130 | 0,167 | 0,045 | 0,18 | 0,18 | 0,014 | 0,01 |
6,8 | 0,154 | 0,114 | 0,031 | 0,18 | 0,18 | 0,000 | – |
Сорочан Е.А. Основания, фундаменты и подземные сооружения
Источник
Расчет осадки фундаментов просадочных грунтов
На рис. 1 показаны графики напряжений от собственного веса грунта и от внешней нагрузки, что были посчитаны заранее.
Результаты компрессионных испытаний задаются в диалоговом окне «Характеристики грунтов», при переходе на вкладку «Просадочные» (рис. 2). В таблице характеристик просадочных грунтов нужно задать следующие параметры:
- Номер ИГЭ. Этот номер должен соответствовать номеру ИГЭ в основной таблице Характеристик грунтов.
- Давление Р.
- Относительные деформации просадочностиеsl (εsl). Пользователь может задать:
— либо значение относительной деформации просадочности (еsl);
— либо значения: коэффициент пористости при естественной влажности почвы (еn.p.) и коэффициент поритости водонасыщенного образца почвы (еsat). В таком случае при расчёте просадки значения относительной деформации просадочности еsl (εsl) будут автоматически рассчитаны по формуле 3.
1. Определение просадочнной толщи Нsl.
Деформации просадки наращиваются в пределах просадочной толщи Нsl. Нижняя граница просадочной толщи находится в месте, где начальное просадочное давление Psl равно суммарному давлению σz=σzр+σzg, при этом значения напряжений σzg для просадочных грунтов определяются в водонасыщенном состоянии.
Начальное просадочное давление Psl – это давление, при котором относительная просадочная деформация еsl равна 0.01. Определим значения относительной просадочной деформации еsl (εsl) по формуле 4. Результаты расчётов запишем в таблицу 2.
Таблица 2. Значения относительной просадочности еsl (εsl).
Источник
10.1.3. Расчет оснований (ч. 1)
Расчет оснований и фундаментов на просадочных грунтах производится по деформациям исходя из условия
где s — совместная деформация основания и здания или сооружения, определяемая как для обычных непросадочных грунтов в соответствии с их деформативными характеристиками, полученными при естественной влажности; ssl — деформация основания, вызванная просадкой грунта; s´u — предельно допустимая совместная деформация основания и здания или сооружения, принимаемая равной:
здесь su — предельно допустимая деформация основания при неравномерной осадке фундаментов, определяемая как для обычных непросадочных грунтов; γs — коэффициент условий работы, учитывающий вероятность одновременного сочетания наиболее неблагоприятных условий по просадке и осадке и принимаемый: при ssl s , γs = 1, а при ssl > 2 s , γs = 1,25.
Выполнение условия (10.15) и тем самым обеспечение прочности, устойчивости и нормальной эксплуатации зданий и сооружений осуществляется применением одного из следующих трех принципов:
- – устранения просадочных свойств грунтов путем их уплотнения (тяжелыми трамбовками, вытрамбовыванием котлованов, устройством грунтовой подушки, предварительным замачиванием, взрывами, пробивкой скважин) или закрепления (силикатизацией, обжигом);
- – прорезки просадочных грунтов свайными фундаментами (из забивных, буронабивных свай, набивных свай в пробитых скважинах, свай в эластичных оболочках, уплотненном грунте и др.) или столбами из закрепленного грунта;
- – комплекса мероприятий, включающего подготовку оснований, водозащитные и конструктивные мероприятия по расчету конструкций зданий и сооружений на прочность.
Первые два принципа направлены на полное устранение или снижение просадочных деформаций до предельно допустимых величин, а третий — на приспособление зданий и сооружений к возможным неравномерным просадкам грунтов в основаниях.
Выбор одного из принципов производится с учетом особенностей и типа грунтовых условий, вероятности замачивания грунтов основания, возможной величины просадки, жесткости и прочности проектируемых зданий и сооружений, их взаимосвязи с соседними объектами и коммуникациями и т.п.
В случаях когда замачивание грунтов оснований исключается и возможно только медленное повышение их влажности, основания и фундаменты проектируются как на обычных непросадочных грунтах.
Расчетные сопротивления просадочных грунтов естественного сложения определяются в зависимости: от возможности и вида источника замачивания; от принятого метода обеспечения прочности и эксплуатационной пригодности зданий и сооружений; от конструкции, ширины и глубины заложения фундаментов; от прочностных характеристик грунтов основания. При отсутствии возможности замачивания просадочных грунтов расчетные сопротивления R определяются по формуле (5.29). В этом случае прочностные характеристики грунтов должны приниматься:
- – при ω ≥ ωp — по результатам испытания грунтов в состоянии природной влажности ω ;
- – при ω ωp — по результатам испытания грунтов при влажности на границе раскатывания ωр .
Расчетное сопротивление грунта основания R при возможном замачивании просадочных грунтов сверху или при подъеме уровня грунтовых вод определяется с учетом следующих требований:
- – при устранении возможности возникновения просадки оснований от нагрузки фундаментов путем снижения давления на грунт значение R не должно превышать величины начального просадочного давления psi ;
- – при обеспечении прочности зданий и сооружений применением комплекса водозащитных и конструктивных мероприятий, назначаемых по расчету на возможные суммарные величины осадок и просадок основания, значение R определяется по формуле (5.29) с использованием расчетных значений характеристик φII и cII , полученных для просадочных грунтов в водонасыщенном состоянии после их просадки;
- – при уплотнении и закреплении просадочных грунтов различными методами значение R определяется по формуле с использованием расчетных значений характеристик φII и cII , полученных для уплотненных и закрепленных до заданной плотности и прочности грунтов в водонасыщенном состоянии.
Предварительные размеры фундаментов зданий и сооружений, возводимых на просадочных грунтах, назначаются исходя из условных значений расчетных сопротивлений грунта R0 (табл. 10.3).
ТАБЛИЦА 10.3. УСЛОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРОСАДОЧНЫХ ГРУНТОВ
Грунт | R0 , кПа, грунтов | |||
природного сложения с γd , кН/м 3 | уплотненных с γdcom , кН/м 3 | |||
13,5 | 15,5 | 16 | 17 | |
Супесь | 300 150 | 350 180 | 200 | 250 |
Суглинок | 350 180 | 400 200 | 250 | 300 |
Глина | 400 200 | 450 220 | 300 | 350 |
Примечания: 1. Над чертой даны значения, относящиеся к просадочным грунтам природного сложения со степенью влажности Sr ≤ 0,5 и при невозможности их замачивания; в знаменателе под чертой — значения, относящиеся к таким же грунтам со степенью влажности Sr ≥ 0,8, а также к грунтам с меньшей степенью влажности и при возможности их замачивания.
2. Для просадочных грунтов с промежуточными значениями γd значения R0 определяются интерполяцией.
Сорочан Е.А. Основания, фундаменты и подземные сооружения
Источник