2.5. Оценка основания в условиях действия длительной нагрузки
Грунты основания существующих фундаментов под влиянием длительных нагрузок от сооружения уплотняются и их несущая способность возрастает. Этот факт, имеющий большое значение при принятии решения об усилении фундаментов, впервые был установлен и подтвержден практикой реконструкции и надстройки жилых зданий в Москве и Ленинграде еще в 30—40-х годах [4; 12; 13].
Нормы проектирования 40—50-х годов НиТУ 6-48 и НиТУ 127-55 разрешали увеличивать давление на основание под фундаментами зданий и сооружений при их реконструкции на 40 % в зависимости от влажности грунта и состояния конструкций по результатам обследования. Ранее действовавший СНиП II-Б.1-62 также допускал возможность повышения давления под существующими фундаментами на 20 % в случае достаточной их прочности и отсутствия в здании значительных деформаций, связанных с неравномерной осадкой.
В действующем СНиП II-15-74 возможность увеличения давления на основания под существующими фундаментами устанавливается путем определения физико-механических свойств грунта непосредственно на отметке заложения подошвы и ниже ее в пределах сжимаемой толщи.
Фактическое среднее давление на основание, испытавшее воздействие длительной уплотняющей нагрузки от сооружения, не должно превосходить нового расчетного давления R', которое вычисляется по формуле
,
(2.13)где m1 и m2 — коэффициенты условий работы соответственно грунтового основания и здания или сооружения во взаимодействии с основанием; kн = 1 — коэффициент надежности; А, В и D — безразмерные коэффициенты, зависящие от расчетного угла внутреннего трения φII грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента; γ'II и γII — расчетные значения плотности грунта, залегающего соответственно выше и ниже подошвы фундамента; сII — расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента; b и h — ширина подошвы и глубина заложения усиливаемого фундамента; h0 — глубина до пола подвала (при его отсутствии h0 = 0).
Таким образом, новое расчетное давление на основание R' учитывает как фактическое состояние уплотненного длительной нагрузкой грунта, так и новые геометрические параметры усиливаемого фундамента.
Рассмотрим количественную оценку уплотнения грунта длительной нагрузкой в основании фундаментов эксплуатируемых зданий. По имеющимся немногочисленным исследованиям [4, с. 58—61; 35], изменение пористости грунта, связанное с его уплотнением, происходит неравномерно по глубине в пределах сжимаемой толщи. Наибольшее уплотнение отмечено в зоне глубиной (0,5—1)b; за пределами подошвы уплотнение распространяется также в стороны от обреза фундамента на расстояние (0,7—1,2)b [4, с. 59—60]. В целом коэффициент пористости в зависимости от действующего давления и размеров подошвы фундамента уменьшается от 3—5 до 10—15 % по сравнению с первоначальными значениями. При этом в песчаных грунтах коэффициент пористости, а следовательно, и уплотнение уменьшаются более интенсивно.
Уплотнение грунтового основания приводит к существенному возрастанию модуля деформации, при этом повышение модуля деформации происходит более интенсивно, чем уменьшение пористости. Осадки штампов на песчаном грунте, находившемся под длительным загруженном, в зависимости от передаваемого на штамп давления в 2—4 раза меньше, чем на грунте природного сложения. В указанных пределах происходит увеличение модуля деформации, при этом интенсивность возрастания модуля и его абсолютные значения в мелких песках больше, чем в крупных. Это увеличение связано с физико-химическими процессами, протекающими на контактах твердой фазы грунта [4, с. 67—68; 35].
Представляют интерес данные непосредственных определений модуля деформации (табл. 2.2) песчаных и глинистых грунтов в условиях длительного действия нагрузки от веса грунтовой насыпи (распределительная подушка высотой 6—12 м). Модуль деформации определялся на глубине 15—25 м прессиометром ПЭВ-89 и зондом-прессиометром ПВ-60 для всех характерных литологических разновидностей грунтов, подстилающих насыпь. Испытания проводились Днепропетровским инженерно-строительным институтом совместно с Уральским политехническим институтом; проведение испытаний и обработка данных осуществлялись в соответствии с ГОСТ 20276-74.
Таблица 2.2. Значения модуля деформации
| Грунт | Толщина слоя, м |
Модуль деформации Е, 105 Па, определенный | |||
| V.1978 г. | XI.1978 г. | VI.1979 г. | VI.1980 г. | ||
| Песок | 0,5—1 | – | – | 150—170 | 200 |
| Суглинок в твердом состоянии | 1—1,5 | – | – | 65—90 | 75—120 |
| Супесь и суглинок в твердом состоянии | 1—4 | 55 | – | 60 | 70 |
| То же, в пластичном состоянии | 1—4 | 15 | 18 | 45 | – |
| Супесь водонасыщенная: в верхней части слоя в нижней части слоя |
До 10 То же |
50 40 |
60—65 45 |
70—75 50—60 |
80 – |
| Суглинок в твердом состоянии | До 12 | 140 | 140—150 | 140—170 | – |
Как следует из табл. 2.2, изменение модуля деформации отмечено на глубину до 20 м во всех подстилающих насыпь горизонтах грунтов. В верхней части (3—6 м) возрастание модуля деформации происходит более интенсивно, в особенности для песков и супесей. С увеличением глубины залегания подстилающих грунтов возрастание модуля деформации менее ощутимо, что связано с затуханием напряжений от дополнительной нагрузки и тормозящим влиянием собственного веса грунта (бытового давления). Различие в интенсивности уплотнения супесей и суглинков как в верхних, так и в нижних горизонтах, по-видимому, связано с влиянием удельного сцепления, оказывающего сопротивление уплотнению.