3.1.4 Расчет оснований по деформациям

Задача расчета по деформациям состоит в том, чтобы не допустить такие деформации основания, при которых нарушается нормальная эксплуатация надземных конструкций. Основное условие расчета определяется выражением

SS_U, (3.14)

где S - совместная деформация основания и сооружения, определяемая расчетом;

S_U - предельное допустимое значение деформации основания, определяемое по таблице 19.

Если условие (3.14) не удовлетворяется, то возможно применение следующих мероприятий: изменение размеров фундамента; переход к другому типу фундаментов; улучшение деформативно-прочностных показателей грунта основания; изменение верхнего строения.

Осадка основания S с использованием расчетной схемы в виде линейно-деформируемого полупространства определяется методом послойного суммирования по формуле

, (3.15)

где =0,8 - безразмерный коэффициент;

_{zp, i} - среднее напряжение в i-ом слое;

h_i - толщина i-го слоя;

E_i - модуль деформации i-го слоя грунта.

Метод послойного суммирования используется для расчета осадок фундамента шириной до 10м, при отсутствии в пределах сжимаемой толщи грунтов с модулем деформации Е>100МПа. Сущность метода заключается в определении осадок элементарных слоев основания в пределах сжимаемой толщи от дополнительных вертикальных напряжений _zp, возникающих от нагрузок, передаваемых сооружением.

В случае плоской задачи вертикальные сжимающие напряжения распределяются на глубину до 6b (для квадратных до 4b). Для определения глубины сжимаемой толщи Н_с вычисляют напряжения от собственного веса грунта _zq и дополнительные - от внешней нагрузки _zp.

Нижняя граница сжимаемой толщи основания принимается на глубине Z=H_c от подошвы фундамента, где выполняется условие

_zp=0,2_zq. (3.16)

При наличии ниже указанной глубины грунтов с модулем деформации Е5МПа должно соблюдаться условие

_zp0,1_zq. (3.17)

Расчет осадки удобно вести с использованием графических построений.

Для сечения 3-3 определим осадку фундамента под стакан, среднее давление по подошве фундамента Р_ср=150,16 кПа.

Вертикальные природные напряжения _zq на некоторой глубине Z от поверхности грунта определяют по формуле

, (3.18)

где _i - удельный вес грунта i-го слоя;

h_{i -} толщина i-го грунта;

n - число слоев грунта в пределах глубины Z. Удельный вес грунтов залегающих ниже уровня подземных вод, но выше водоупора, должен приниматься с учетом взвешивающего действия воды, т.е.

, (3.19)

где _si, e_{i -} соответственно удельный вес частиц грунта и коэффициент пористости i-го слоя грунта;

=10 кН/м³ - удельный вес воды.

На кровле водоупорного пласта эпюра напряжений от собственного веса грунта имеет скачок за счет гидростатического давления. Этот прирост составляет -h_o.

Дополнительные вертикальные напряжения от внешней нагрузки определяют по формуле

_zp=P_0, (3.20)

где Р₀=Р_ср-_zg,0 - дополнительное вертикальное давление на основание;

Р_ср - среднее давление под подошвой фундамента;

_zg,0 - вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента;

- коэффициент, учитывающий уменьшение дополнительных напряжений по глубине. Значения приведены в таблице 20 методического указания и определяются в зависимости от и .

Для сечения 3-3 определим осадку фундамента под стакан.

Строим эпюру распределения вертикальных напряжений от собственного веса в пределах глубины 4b= ниже подошвы фундамента согласно формуле (3.16).

На подошве фундамента:

_Zq0 =₁h₁=27,6*1,5=41,4кПа, 0,2_Zq0=0,2*41,4=8,28кПа.

На подошве суглинка твердого:

у_zq1 = _Zq0 + h₂ =41,4+27,4*1,1=71,54кПа

0,2у_zq1 = 0,2*71,54=14,31кПа

На подошве слоя суглинка твердого:

_Zq2 =_Zq1 +h₃= кПа;

0,2у_zq2 = 0,2*238,68=53,76кПа

На подошве слоя супеси пластичной:

_Zq3 =_Zq2 +h₄= кПа;

0,2_Zq3=.

До уровня воды:

_Zq4 =_Zq3 +h₅= кПа;

0,2_Zq4=.

На подошве слоя песка средней крупности с учетом взвешенного действия воды:

_Zq4=_Zq3 +h₅ =;

0,2_Zq4=0,2*437,2=87,45.

Строим эпюры _Zqi и 0,2_Zqi.

Дополнительное давление на основание под подошвой фундамента

P₀=P_ср-_{Zq0= 150,16-}41,4=108,76

Толщу грунта мощностью 4b=14м ниже подошвы фундамента разбиваем на слои h_i0,4b0,43,5=1,4м.

Далее строим эпюру распределения дополнительных (к боковому) вертикальных напряжений в грунте по формуле (3.20), где определяем в зависимости от

Чтобы избежать интерполирования примем Z=h₁, при =1,4. Вычисления сведем в таблицу 3. Осадку определим по формуле (3.15) в пределах сжимаемой толщи, т.е. до точки пересечения эпюр _Zip=0,2_Zq.

Таблица 3 - к расчету осадки фундамента сечения 4-4

Суммируем осадку в пределах сжимаемой толщи H_l=13,5м.

S_i=0,01665+0,00132+0,0046+0,0098+0,00123+0,00083+0,00011+0,00071+0,00043+0,00022+0,00048+0,00036 = 0,03674 м.

S_n=8см.

Следовательно, основное условие расчета по 2-ой группе предельных состояний удовлетворяется.