9. Расчет основания по деформациям

(II группа предельных состояний)

Расчет основания по деформациям сводится к определению расчетной величины стабилизированной осадки фундамента и сравнению ее с предельными значениями, заданными для данного здания /6/. При этом в курсовом проекте необходимо добиваться выполнения следующего условия:

S_max ≤ S_{mах, u} ,

где S_mах - максимальная величина осадки фундамента здания, полученная расчетом, см;

S_{mах, u} - предельно допустимое значение абсолютной осадки фундамента, определяемая по прил. 4 /6/.

При несоблюдении этого условия, необходимо увеличивать размеры фундаментов (ширину, глубину заложения) или перейти на другой тип фундамента и добиться выполнения необходимых условий.

В курсовом проекте в учебных целях осадка должна быть рассчитана двумя методами: методом послойного суммирования и методом эквивалентного слоя.

9.1. Расчет осадки методом послойного элементарного суммирования.

Прежде всего, строится графическая схема, на которой изображаются контуры проектируемого фундамент, напластование грунтов, эпюры природного и осадочного давлений, нижняя граница сжимаемой толщи.

9.1.1. Построение эпюры природного давления грунта.

Природным называется давление от веса вышележащих слоев грунта, определяемое по формуле

_zgi=_IIi∙h_i ,

где _IIi - удельный вес грунта, кН/м₃;

h_i - мощность слоя грунта, м.

Удельный вес грунтов, залегающих ниже уровня подземных вод, должен приниматься с учетом взвешивающего действия воды по формуле (при коэффициенте фильтрации к_ф <1·10^-5 м/сут и I_L<0,25)

,

где _s - удельный вес скелета грунта, кН/м³ ;

_ - удельный вес воды равный 10 кH/м³;

е - коэффициент пористости грунта.

При расположении ниже уровня подземных вод слоя грунта с коэффициентом фильтрации к_ф > 1·10^-5 м/сут и I_L>0,25, его удельный вес принимается без учета взвешивающего действия воды. Для определения _zgi в этом слое и ниже его следует учитывать давление столба воды, расположенного выше этого слоя.

Ординаты эпюры _zgi вычисляются для всех характерных точек (от отметки природного рельефа или отметки планировки): отметки подошвы фундамента, отметки границ слоев грунта, отметки уровня грунтовых вод. При планировке подсыпкой ординаты эпюры _zgi вычисляются от отметки планировки, при планировке срезкой – от отметки природного рельефа (прил. 2 СНиП 2.02.01-83). Строят эпюры природных давлений обычно слева от вертикальной оси, проходящей через середину подошвы фундамента. Кроме этого, вычисляются ординаты вспомогательной эпюры 0,2 _zg0 .

В данном случае построение ведется от отметки природного рельефа. Таким образом:

на поверхности земли _zg0 = 0; 0,2_zg0 =0;

на контакте 1 и 2 слоев (мощность 0,9 м)

_zg1=h₁∙_II1=0,9∙16 = 14,4 кПа,

0,2∙_zg1 =0,2∙14,4 = 2,9кПа;

на уровне грунтовой воды во 2 слое (мощность 2,8 м)

_zg2=_zg1+h₂∙_II2 =14,4+ 2,8 ∙ 20 = 70,4кПа,

0,2∙_zg2 =0,2∙70,4 = 14кПа;

на контакте 2 и 3 слоев (мощность 1 м)

=_zg2+h₃∙_IIsb2 =70,4+ 1∙10,12 = 80,52кПа,

;

0,2∙_zg2 =0,2∙80,52 = 16,1кПа;

3-й слой суглинок полутвердый является водоупорным (т.к. к_ф=3·10^-9 см/сек, что меньше 1,2·10^-8 см/сек), тогда

_zg3= +_∙h_2=80,52+ 10 ∙ 1 = 90,52кПа,

0,2∙_zg3 =0,2∙90,52 = 18,1кПа;

Полученный скачок 10 кПа откладывается на эпюре природного давления на кровлю водоупорного слоя (точка 3).

На контакте 3 и 4 слоев (мощность 2,7 м)

_zg4=_zg3+_II3 ∙ h₄=90,52+ 2,7 ∙ 20,2 = 145,1кПа,

0,2∙_zg =0,2∙145,1 = 29кПа;

на уровне подошвы условного фундамента (мощность 1,7 м)

_zg5=_zg4+_IIsb4 ∙ h₅=145,1+ 1,7 ∙ 10 = 162,1кПа,

0,2∙_zg5 =0,2∙162,1 = 32,4кПа;

на контакте 4 и 5 слоев (мощность 1,5 м)

=_zg5+h₆∙_IIsb4 =162,1+ 1,5∙10 = 177,1кПа,

0,2∙_zg6 =0,2∙162,1 = 35,4кПа;

пятый слои суглинок тугопластичный является водоупорным (т.к. к_ф=3·10^-10 см/сек, что меньше 1,2·10^-8 см/сек), поэтому добавляется гидростатическое давление столба воды, тогда

_zg6= +h_∙_2=177,1+ 3,2 ∙ 10 = 209,1кПа,

0,2∙_zg6 =0,2∙209,1 = 41,8кПа;

полученный скачок в 32 кПа откладывается на кровле второго водоупорного слоя (точка 6);

на подошве 5 слоя (мощность 4,35 м)

_zg7=_zg6+h₇∙_II5 =209,1+ 4,35 ∙ 21,4 = 302,2кПа,

0,2∙_zg7 =0,2∙302,2 = 60б44кПа.

Полученные значения ординат эпюры природного давления и вспомогательной эпюры наносятся на графическую схему (рис. 13).

9.1.2. Построение эпюры осадочных давлений.

Осадочным называется давление, передаваемое фундаментом на грунт основания и вызывающее его уплотнение. Величина осадочного давления непосредственно под подошвой фундамента определяется как

где р - среднее давление под подошвой фундамента (или под подошвой условного фундамента), кПа;

_zg - природное давление в уровне подошвы фундамента на естественном основании или в плоскости нижних концов свай для свайного фундамента, кПа.

При построении эпюры осадочных давлений толща грунта ниже подошвы фундамента (или плоскости нижних концов свай) разбивается на элементарные слои толщиной 0,4b, где b - ширина подошвы фундамента (или условного фундамента). При этом высота элементарного слоя должна быть не более 2 м, а модуль деформации - постоянной величиной.

Ординаты эпюр осадочного давления на глубине z_i ниже подошвы фундамента (подошвы условного фундамента) определяются как

,

где  - коэффициент рассеивания, определяемый по табл. 1 прилож. 2 /6/.

В данном случае

;

0,4∙b = 0,4∙b_усл=0,4∙2,2=0,88 м  0,9 м.

Каждый слой грунта ниже подошвы условного фундамента разбивается на слои толщиной 0,9 м (рис. 13).

Вычисление ординат эпюры осадочных давлений производится в табличной форме (табл. 6).

Величина коэффициента  определяется двойной интерполяцией в зависимости от

и .

Таблица 7

Ординаты эпюры осадочных давлений

zi, м		
0 0,9 1,5 2,4 3,3 4,2 5,1 6,0	0 0,82 1,36 2,18 3,0 3,82 4,64 5,46	1 0,862 0,673 0,438 0,292 0,208 0,185 0,113	239,7 206,6 161,3 105 71 50 44,3 27

Эпюра осадочных давлений, построенная по данным табл. 7, приводится на рис. 13.

9.1.3. Определение нижней границы сжимаемой толщи.

Толща грунта, практически влияющая на осадку фундамента, называется сжимаемой. Сжимаемая толща ограничена сверху горизонтальной плоскостью, проходящей через подошву фундамента (условного фундамента), а снизу - горизонтальной плоскостью, на уровне которой осадочное давление в пять раз меньше природного, т.е. . Величиной сжатия грунта ниже этого уровня обычно пренебрегают вследствие незначительности.

Мощность сжимаемой толщи легко определяется с помощью графического построения, которое заключается в наложении эпюры природных давлений _zg, вычерченной справа от оси с пятикратным уменьшением, на эпюру осадочных давлений _zp. Точка пересечения этих эпюр будет соответствовать нижней границе сжимаемой толщи. В примере на рис. 13 нижняя граница сжимаемости толщи (НГСТ) располагается на глубине 4,2 м от подошвы условного фундамента.