5.2.2. Неоднородное основание

В практике проектирования неоднородность основания учитывается в следующих случаях:

  • – слой сжимаемого грунта залегает на практически несжимаемом (например, скальном) основании;
  • – под сравнительно малосжимаемым слоем залегает более сжимаемый грунт.

На рис. 5.12 приведены схематические эпюры вертикальных нормальных напряжений под центром прямоугольной площадки, загруженной равномерно распределенной нагрузкой при жестком (кривая 2) и слабом (кривая 3) подстилающих слоях. Кривая 1 показывает распределение напряжений в однородном основании. Как видно из рис. 5.12, при жестком подстилающем слое напряжения на границе слоев увеличиваются, а при слабом подстилающем слое уменьшаются.

Значения σz/p на кровле несжимаемого слоя, расположенного на глубине Н, под центром равномерно загруженной площади приведены в табл. 5.7.

Напряжения при слабом подстилающем слое определяются в зависимости от E1/E2 (где E1 и E2 — модули деформации верхнего и подстилающего слоя). В табл. 5.8 приведены значения σz/p на контакте со слабым подстилающим слоем по оси полосы, загруженной равномерно распределенной нагрузкой, при отсутствии трения по контактной плоскости.

ТАБЛИЦА 5.7. ЗНАЧЕНИЯ σz/p НА КОНТАКТЕ С НЕСЖИМАЕМЫМ СЛОЕМ

H/b1 σz/p для площадки
круглой (r = b1) прямоугольной с отношением сторон η = l/b полосовой (η = ∞)
1 2 3 10
0 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000
0,25 1,009 1,009 1,009 1,009 1,009 1,009
0,5 1,064 1,053 1,033 1,033 1,033 1,033
0,75 1,072 1,082 1,059 1,059 1,059 1,059
1 0,965 1,027 1,039 1,026 1,025 1,025
2 0,473 0,541 0,717 0,769 0,761 0,761
3 0,249 0,298 0,474 0,549 0,560 0,560
5 0,098 0,125 0,222 0,287 0,359 0,359
10 0,025 0,032 0,064 0,093 0,181 0,185
Схема распределения вертикальных нормальных напряжений в основании под центром равномерно загруженной, прямоугольной площадки
Рис. 5.12. Схема распределения вертикальных нормальных напряжений в основании под центром равномерно загруженной, прямоугольной площадки
1 — однородном; 2 — с жестким подстилающим слоем; 3 — со слабым подстилающим слоем

ТАБЛИЦА 5.8. ЗНАЧЕНИЯ σz/p ПО ОСИ ПОЛОСЫ НА КОНТАКТЕ СО СЛАБЫМ ПОДСТИЛАЮЩИМ СЛОЕМ (ПО ДАННЫМ А.А. КУЛАГИНА)

H/b1 σz/p при E1/E2
1 2 5 10
0 1,000 1,000 1,000 1,000
1 0,818 0,755 0,639 0,541
2 0,550 0,478 0,378 0,307
3 0,396 0,339 0,262 0,206
4 0,306 0,258 0,194 0,148
5 0,248 0,206 0,150 0,113

5.2.3. Напряжения от собственного веса грунта

Вертикальное нормальное напряжение σz от собственного веса грунта определяется по формуле

Вертикальное нормальное напряжение от собственного веса грунта,
(5.20)

где n — число слоев грунта, расположенных выше рассматриваемой глубины; γi — удельный вес грунта i-го слоя; hi — толщина i-го слоя грунта.

Удельный вес грунтов, залегающих ниже уровня подземных вод, но выше водоупора, определяется с учетом взвешивающего действия воды по формуле

γsb = (γs – γω)/(1 + e),
(5.21)

где γs — удельный вес частиц грунта; γω — удельный вес воды, принимаемый равным 10 кН/м3; е — коэффициент пористости грунта.

Если удельный вес грунта определен при его полном водонасыщении (степень влажности Sr = 1, γ = γsat), то

γsb = γsat – γω.
(5.22)

При определении σz от собственного веса грунта в водоупорном слое необходимо учитывать давление столба воды, расположенного выше водоупора.

Горизонтальные нормальные напряжения от собственного веса грунта

σx = σy = ξσz,
(5.23)

где ξ = v/(1 – v) — коэффициент бокового давления грунта (здесь v принимается по табл. 1.15).

Пример 5.3. Определить вертикальное нормальное напряжение σz от собственного веса грунта на глубине z = 9 м при грунтовых напластованиях, показанных на рис. 5.13.

К примеру 5.3
Рис. 5.13. К примеру 5.3 (значении σz даны в кПа)

Слой 1 — суглинок (толщина слоя h1 = 2 м, удельный вес γ1 = 17,8 кН/м3); слой 2 — песок средней крупности (h2 = 2 м, удельный вес частиц γs = 26,6 кН/м3, γ2 = 18,3 кН/м3, коэффициент пористости е = 0,61, влажность ω = 0,11); слой 3 — тот же песок ниже уровня подземных вод (h3 = 3 м, γ3 = 20,3 кН/м3 при степени влажности Sr = 1); слой 4 — глина, служащая водоупором (γ4 = 20,2 кН/м3).

Решение, по формуле (5.22) удельный вес грунта слоя 3

γsb = 20,3 – 10 = 10,3 кН/м3.

По формуле (5.20) на глубине z = 9 м получаем: σz = 17,8 × 2+ 18,3 × 2 + 10,3 × 3 + 20,2 × 2 + 10 × 3 = 173,6 кПа.

Значения ординат эпюры σz приведены на рис. 5.13.

5.3. НАГРУЗКИ И ВОЗДЕЙСТВИЯ, УЧИТЫВАЕМЫЕ В РАСЧЕТАХ ОСНОВАНИЙ

Нагрузки и воздействия, передаваемые фундаментами сооружений на основания, как правило, должны устанавливаться расчетам исходя из рассмотрения совместной работы сооружения и основания или фундамента и основания. Учитываемые при этом нагрузки и воздействия на сооружение или отдельные его элементы, а также возможные их сочетания применяются согласно требованиям норм [3].

Характер и степень перераспределения нагрузок на основание, а следовательно, и дополнительные усилия в конструкциях сооружения зависят от вида, состояния и свойства грунтов, характера их напластования, статической схемы сооружения, его пространственной жесткости и многих других факторов.

Нагрузки на основание допускается определять без учета их перераспределения над фундаментной конструкцией при расчете:

а) оснований зданий и сооружений III класса;

б) общей устойчивости массива грунта основания совместно с рассматриваемым сооружением;

в) средних значений деформаций основания;

г) деформаций основания в стадии привязки типовых проектов к местным грунтовым условиям.

Все расчеты оснований должны производиться на расчетные значения нагрузок, которые определяются как произведение их нормативных значений на коэффициент надежности по нагрузке γf. Этот коэффициент, учитывающий возможное отклонение нагрузок в неблагоприятную сторону, принимается при расчете оснований по несущей способности по указаниям [3], а при расчете оснований по деформациям равным единице.

Расчет оснований по деформациям производится на основное сочетание нагрузок, по несущей способности — на основное сочетание, а при наличии особых нагрузок и воздействий — на основное и особое сочетания. Нагрузки на перекрытия зданий и снеговые нагрузки, которые согласно нормам [3] могут относиться как к длительным, так и к кратковременным, при расчете оснований по несущей способности считаются кратковременными, а при расчете по деформациям — длительными. Нагрузки от подвижного подъемно-транспортного оборудования в обоих случаях считаются кратковременными.

В расчетах оснований необходимо учитывать нагрузки от складируемого материала и оборудования, размещаемого вблизи фундаментов.

Усилия в конструкциях, вызываемые климатическими температурными воздействиями, при расчете оснований по деформациям допускается не учитывать, если расстояния между температурно-усадочными швами не превышают значений, указанных в нормах проектирования соответствующих конструкций. Технологические температурные воздействия учитываются в расчетах оснований по деформациям при соответствующем обосновании в зависимости от продолжительности этих воздействий.