Основы расчета оснований и фундаментов по предельным состояниям

Основные положения. В основе современного подхода к проектированию всех строительных конструкций лежит принцип расчетов по предельным состояниям. Согласно этому принципу, действующие на конструкцию усилия или возникающие в ней напряжения, перемещения и деформации не должны превышать соответствующих предельных величин.

Расчеты по предельным состояниям подразделяются на две группы.

Первая группа – расчеты по несущей способности, призванные не допустить потери устойчивости формы или положения конструкции; хрупкое, вязкое или иного характера ее разрушение.

Вторая группа – расчеты по деформациям, обеспечивающие установление таких величин перемещений или деформаций конструкций (осадок, прогибов, подъемов, кренов и т.п.), при которых еще не возникнут затруднения в нормальной эксплуатации сооружений и не произойдет снижение их долговечности.

Отсюда целью расчетов оснований по предельным состояниям является выбор такого технического решения фундаментов, которое должно исключить достижение сооружением предельного состояния.

Согласно СНиП 2.02.01-83* необходимость расчетов оснований по I группе ПС (по несущей способности) возникает в тех случаях, если:

а) на основание передаются значительные горизонтальные нагрузки (подпорные стенки, фундаменты распорных конструкций и т.п.), в том числе и сейсмические нагрузки;

б) сооружение расположено на откосе или вблизи откоса;

в) основание сложено медленно уплотняющимися водонасыщенными глинистыми или биогенными грунтами при степени влажности Sr≥0,85 и коэффициенте консолидации Cν ≤ 107 см2/год;

г) основание сложено скальными грунтами.

Расчеты по II группе ПС (по деформациям) производятся во всех случаях, если основание сложено нескальными грунтами.

Допустим, потеря основанием несущей способности произойдет при давлении под подошвой фундамента p=pu. Однако может оказаться, что уже при меньших давлениях осадка фундамента превысит предельно допустимую величину. В этом случае нормальная эксплуатация сооружения будет определяться условиями расчетов по II группе предельных состояний.

С другой стороны, представим себе то же сооружение, расположенное на откосе. Пусть фундаменты сооружения запроектированы исходя из условий расчетов по II группе предельных состояний, и полностью обеспечена его нормальная эксплуатация. Однако если дополнительная нагрузка на основание от построенного сооружения приведет к потере устойчивости откоса, то и само сооружение окажется непригодным к эксплуатации. Здесь уже потребуется оценка устойчивости откоса вместе с сооружением с помощью расчетов по I группе предельных состояний.

Расчеты оснований по деформациям производятся исходя из условия

S ≤ Su,

где S – совместная деформация основания и сооружения, устанавливаемая расчетом (например, методом послойного суммирования).;Su – предельное значение деформации основания сооружения, устанавливаемое нормами или заданием на проектирование.

Важнейшей предпосылкой применения методов расчета осадок, основанных на использовании положений теории линейного деформирования грунта, является ограничение среднего давления под подошвой фундамента р условием p ≤ R, где R – расчетное сопротивление грунтов основания.