Расчет осадки фундаментов просадочных грунтов

10.1.2. Расчет просадочных деформаций

Просадки фундаментов s_sl от их нагрузки, проходящие в пределах деформируемой зоны h_sl.p , определяются по формуле

где ε_sl — относительная просадочность грунта, определяемая для каждого слоя грунта в пределах деформируемой зоны h_sl.p при давлении, равном сумме природного давления и давления от фундамента зданий или сооружений в середине рассматриваемого слоя; h_i — толщина i -го слоя грунта, см; n — число слоев, на которые разбита деформируемая зона h_sl.p ; γ_ci — 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; p_sl — начальное просадочное давление, МПа; р₀ — давление, равное 0,1 МПа); для ленточных фундаментов шириной более 3 м и прямоугольных шириной более 5 м коэффициенты γ_ci определяются по интерполяции между значениями, вычисленными по формуле (10.5), и γ_ci = 1; при неполном устранении просадочных свойств грунтов уплотнением или закреплением на глубину не менее 1,5 м или 0,2 h_sl.p коэффициенты γ_ci 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 ω_eq — конечная влажность грунта после замачивания; ω_sl — начальная просадочная влажность; ω_sat — 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 γ_сi в этом случае следует принимать по результатам опытных работ для каждого региона как отношение фактически замеренной просадки к расчетной, а при отсутствии опытных данных γ_сi = 1.

Возможная величина просадки грунта s_sl от собственного веса, проявляющаяся при замачивании площади шириной В_ω менее величины просадочной толщи H_cl , 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; l_sl — длина участка, на котором проявляется неравномерная просадка грунта:

здесь d , — глубина заложения фундамента от планировочной отметки; h_sl.p —толщина зоны просадки грунта от внешней нагрузки; h_ω — глубина расположения источника замачивания от поверхности планировки; γ_cβ — коэффициент, учитывающий возможное увеличение угла распространения воды вследствие слоистости грунтов основания и принимаемый для однородных, грунтов γ_cβ = 1, при залегании сверху слоя грунта с меньшим коэффициентом фильтрации γ_cβ = 0,7, с большим γ_cβ = 1,4 слоистых толщ γ_cβ = 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 Δs_l.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 s_sl.x (см. рис. 10.2) (0 x r ); r — расчетная длина криволинейного участка просадки грунта от его собственного веса;

Горизонтальные перемещения u_sl 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 u_sl , 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 h_s = 2 м. Исходные данные: b = 3 м, р = 0,3 МПа, d = 1,5 м, h_sl.p = 5,5 м, h_ω = 2 м, h_sat = 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, b_ω = 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 ε_sli , 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;

s_sl2 = 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:

s_sl1 = 0,017 · 10 + 0,014 · 100 + 0,012 · 100 + 0,01 · 90 = 3,7 см;

s_sl2 = 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	, 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:

1. Номер ИГЭ. Этот номер должен соответствовать номеру ИГЭ в основной таблице Характеристик грунтов.
2. Давление Р.
3. Относительные деформации просадочностие_sl (ε_sl). Пользователь может задать:
   — либо значение относительной деформации просадочности (е_sl);
   — либо значения: коэффициент пористости при естественной влажности почвы (е_n.p.) и коэффициент поритости водонасыщенного образца почвы (е_sat). В таком случае при расчёте просадки значения относительной деформации просадочности е_sl (ε_sl) будут автоматически рассчитаны по формуле 3.

1. Определение просадочнной толщи Н_sl.

Деформации просадки наращиваются в пределах просадочной толщи Н_sl. Нижняя граница просадочной толщи находится в месте, где начальное просадочное давление P_sl равно суммарному давлению σ_z=σ_zр+σ_zg, при этом значения напряжений σ_zg для просадочных грунтов определяются в водонасыщенном состоянии.

Начальное просадочное давление P_sl – это давление, при котором относительная просадочная деформация е_sl равна 0.01. Определим значения относительной просадочной деформации е_sl (ε_sl) по формуле 4. Результаты расчётов запишем в таблицу 2.

Таблица 2. Значения относительной просадочности е_sl (ε_sl).

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; s_sl — деформация основания, вызванная просадкой грунта; s´_u — предельно допустимая совместная деформация основания и здания или сооружения, принимаемая равной:

здесь s_u — предельно допустимая деформация основания при неравномерной осадке фундаментов, определяемая как для обычных непросадочных грунтов; γ_s — коэффициент условий работы, учитывающий вероятность одновременного сочетания наиболее неблагоприятных условий по просадке и осадке и принимаемый: при s_sl s , γ_s = 1, а при s_sl > 2 s , γ_s = 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 ≥ ω_p — по результатам испытания грунтов в состоянии природной влажности ω ;
• – при ω ω_p — по результатам испытания грунтов при влажности на границе раскатывания ω_р .

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 p_si ;
• – 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 φ_II и c_II , 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 φ_II и c_II , 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 S_r ≤ 0,5 и при невозможности их замачивания; в знаменателе под чертой — значения, относящиеся к таким же грунтам со степенью влажности S_r ≥ 0,8, а также к грунтам с меньшей степенью влажности и при возможности их замачивания.

2. Для просадочных грунтов с промежуточными значениями γ_d значения R₀ определяются интерполяцией.

Сорочан Е.А. Основания, фундаменты и подземные сооружения

Источник