Вопрос 8 Сущность расчета оснований по деформациям.Основные этапы проектирования

Целью расчета оснований по деформациям является ограничение абсолютных и (или) относительных перемещений фундаментов и надфундаментных конструкций такими пределами, при которых гарантируется нормальная эксплуатация сооружения и не снижается его долговечность (вследствие появления недопустимых осадок, подъемов, кренов, изменений проектных уровней и положений конструкций, расстройств их соединений и т.п.). При этом имеется в виду, что прочность и трещиностойкость фундаментов и надфундаментных конструкций проверена расчетом, учитывающим усилия, которые возникают при взаимодействии сооружения с основанием.

Деформации основания могут быть следующими:

· – осадки-деформации, происходящие в результате уплотнения грунта под воздействием внешних нагрузок (и в отдельных случаях собственного веса грунта) и не сопровождающиеся коренным изменением его структуры;

· – просадки-деформации, происходящие в результате уплотнения и, как правило, коренного изменения структуры грунта под воздействием как внешних нагрузок и собственного веса грунта, так и дополнительно с ними действующих факторов, таких как замачивание просадочного грунта, оттаивание ледовых прослоек в замерзающем грунте и т.п.;

· – подъемы и осадки — деформации, связанные с изменением объема некоторых грунтов при увеличении их влажности или воздействии химических веществ (набухание и усадка) и при замерзании воды в порах грунта (морозное пучение и оттаивание грунта);

· – оседания — деформации земной поверхности, вызываемые разработкой полезных ископаемых, изменением гидрогеологических условий и т.п.;

· – горизонтальные перемещения — деформации, связанные с действием горизонтальных нагрузок на основание (фундаменты распорных систем, подпорные стены и т.д.) или со значительными вертикальными перемещениями поверхности при оседаниях, просадках грунтов от собственного веса и т.п.

Деформации основания в зависимости от причин их возникновения подразделяются на два вида:

· первый — деформации от внешней нагрузки на основание (осадки, просадки, горизонтальные перемещения);

· второй — деформации, не связанные с внешней нагрузкой на основание и проявляющиеся в виде вертикальных и горизонтальных перемещений поверхности основания (оседания, просадки грунтов от собственного веса).

При проектировании следует учитывать, что деформации основания первого вида вызывают тем большие усилия в конструкциях сооружения, чем больше сжимаемость грунтов основания; при деформациях второго вида с увеличением сжимаемости грунтов основания усилия снижаются.

Наиболее опасны для конструкций сооружения неравномерные деформации основания, главными причинами возникновения которых для первого вида являются:

· – неравномерная сжимаемость грунтов из-за их неоднородности, выклинивания и непараллельности залегания отдельных слоев, наличия линз, прослоев и других включений, неравномерного уплотнения грунтов, в том числе искусственных подушек и т.п.;

· – различие в осадках основания в пределах и за пределами площадки загружения (особенно часто это происходит с основаниями, сложенными сильносжимаемыми грунтами, чем и объясняются многие случаи повреждений существующих зданий при возведении вблизи них новых сооружений);

· – неравномерное увлажнение грунтов, в частности просадочных и набухающих;

· – различие нагрузок на отдельные фундаменты, их размеров в плане и глубины заложения;

· – неравномерное распределение нагрузок па полы производственных зданий, а также загрузка территории в непосредственной близости от сооружения;

· – нарушения правил производства строительных работ, приводящие к ухудшению свойств грунтов; ошибки, допущенные при инженерно-геологических изысканиях и проектировании оснований и фундаментов, а также нарушение предусмотренных проектом условий эксплуатации сооружения.

Основные причины возникновения неравномерных деформаций оснований для второго вида — это повышение влажности грунтов в грунтовых условиях II типа по просадочности, наличие подземных горных выработок, изменение температурно-влажностного режима некоторых грунтов (например, набухающих), изменение гидрогеологических условий площадки, влияние динамических воздействий, например от городского транспорта и т.д.

Таким образом, среди причин, вызывающих неравномерные деформации основания, которые необходимо учитывать при проектировании, имеются не только инженерно-геологические и гидрогеологические факторы, но также конструктивные и технологические особенности проектируемых сооружений, способы производства работ по устройству оснований и фундаментов, особенности эксплуатации сооружений.

Расчет оснований по деформациям, как уже указывалось, должен производиться из условия совместной работы сооружения и основания. Деформации основания допускается определять без учета совместной работы сооружения и основания, т.е. без учета перераспределения нагрузок на основание конструкцией сооружения, в случаях, оговоренных в п. 5.3.

Совместная деформация основания и сооружения может характеризоваться: абсолютной осадкой основания отдельного фундамента s_i, средней осадкой основания сооружения ; относительной неравномерностью осадок Δ s/L двух соседних фундаментов, т.е. разностью их вертикальных перемещений, отнесенной к расстоянию между ними (рис. 5.17); креном фундамента или сооружения в целом i — отношением разности осадок крайних точек фундамента к его ширине или длине (рис. 5.18); относительным прогибом или выгибом f/L — отношением стрелы прогиба или выгиба к длине однозначно изгибаемого участка сооружения (рис. 5.19); кривизной изгибаемого участка сооружения ρ = 1/ R (см. рис. 5.19); относительным углам закручивания сооружения =Δβ/ L (рис. 5.20); горизонтальным перемещением фундамента или сооружения в целом u. Аналогичные характеристики могут устанавливаться также и для просадок грунтов, подъемов их при набухании, оседаний земной поверхности и других деформаций.

Сложная деформация сооружения, возникающая вследствие неравномерных осадок основания, может быть разложена на отдельные составляющие, как это показано на рис. 5.21, где крен сооружения i = (s ₆ — s ₁)/ L.

Рис. 5.17. Схема осадок основания сооружения

Рис 5.18. Крен жесткого сооружения

Рис. 5.19. Схема прогиба (выгиба) сооружения

Рис. 5.20. Схема осадок, вызывающих кручение сооружения

Рис. 5.21. Схема сложной деформации основания

Расчет оснований по деформациям производится исходя из условия

s ≤ s_u,

(5.28)

где s — совместная деформация основания и сооружения, определяемая расчетом (см. далее п. 5.5.4); s_u — предельное значение совместной, деформации основания и сооружении (см. далее п. 5.5.5).

Под величинами s и s_u может пониматься любая из перечисленных выше деформаций.

В необходимых случаях, например для оценки напряженно-деформированного состояния конструкций сооружений с учетом длительных процессов, следует рассчитывать осадки во времени. Осадки основания в процессе строительства (например, осадки от веса насыпей до устройства фундаментов, осадки до омоноличивания стыков строительных конструкций и т.п.) допускается не учитывать, если они не влияют на эксплуатационную пригодность сооружений.

При расчете оснований по деформациям исходя из условия (5.28) необходимо учитывать возможность изменения как расчетных, так и предельных значений деформаций основания за счет применения строительных мероприятий по уменьшению сжимаемости и неоднородности грунтов основания, а также конструктивных мероприятий, направленных на снижение чувствительности сооружений к деформациям основания.

В расчетах деформаций с использованием расчетной схемы основания в виде линейно-деформируемой среды давление по подошве не должно превышать расчетного сопротивления грунта основания.