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.

S ‹ S_u (10)

где S – совместная деформация основания и сооружения (осадка);

S_u – 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

е₀/r ≤ 1,

где е₀ – эксцентриситет приложения вертикальной равнодействующей N всех сил относительно центра тяжести подошвы фундамента;

е₀ =M/N,

r – радиус ядра сечения подошвы фундамента;

r=W/A,

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»:

S ≤ S_u

где S_u – предельное значение деформации

S_u= 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;

h_i – толщина і-го элементарного слоя грунта ниже подошвы фундамента в пределах активной зоны;

Е_i – 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 q_h 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

h_i ≤ 0,4 b.

3. Определяется среднее давление по подошве фундамента от нормативных нагрузок

P=N_n/A

4. Определяется дополнительное (осадочное) давление в уровне подошвы фундамента

где q_h – 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 Z_акт.

Глубина активной зоны z_акт принимается от уровня подошвы фундамента до уровня, на котором дополнительное давление становится равным 0,2 от природного.

1 – эпюра природных (бытовых) давлений; q_h;

2 – эпюра дополнительных давлений;

3 – эпюра 0,2 от природного давления; 0.2q_h.

Рис.4 – Схема к расчету оседания фундамента методом послойного

суммирования.