Влияние фундаментов друг на друга с разной глубиной заложения

Пример расчета осадки при взаимном влиянии фундаментов.

Определить методом элементарного суммирования осадку фундамента под колонну размером bXl=2X2 м глубиной заложения d=2,8 м, а также его дополнительную осадку в резуль­тате влияния соседнего фундамента, расположенного на этой же оси на расстоянии 2,6 м и имеющего такие же размеры и глубину зало­жения d=l,2 м. Среднее давление под подошвой первого фундамен­та pcp= 0,41 МПа, второго pcp=0,48 МПа. Грунтовые условия стро­ительной площадки: 1 — песок пылеватый (γ1= 0,0185 МН/м 3 , h1 = 3,6 м, E1 = 15 МПа); 2 — супесь пластичная (γ2= 0,0195 МН/м 3 , h2 = 1,7 м; Е2=17 МПа); 3 — песок плотный (γ3=0,0101 МН/м 3 , h3 = 2,2 м, E3 = 32 МПа); 4 — суглинок тугопластичный (γ4 =0.01 МН/м 3 , h4=3,4 м, E4=30 МПа). Возводимое здание вы­полнено из железобетонного каркаса с заполнением.

Решение. Определим вертикальные напряжения от собственного веса грунта на уровне подошвы первого и второго фундаментов:

Ординаты эпюры природного напряжения и схема расположения фундаментов приведены на рис. 5.1. Дополнительные давления под подошвой первого и второго фун­даментов равны:

pд1 = 0,41— 0,052 = 0,358 МПа; рд2 = 0,48—0,022 = 0,458 МПа.

Соотношение сторон фундаментов n=l/b=2/2=1. Чтобы избе­жать интерполирования по табл 1.16(Приложение I), зададимся значением m = 0,4, тогда высота элементарного слоя грунта hi = 0,4·2/2=0,4 м.

Проверим выполнение условия hi≤0,4b: 0,4 3 , h1 = 3,6 м, E1 = 15 МПа); 2 — супесь пластичная (γ2= 0,0195 МН/м 3 , h2 = 1,7 м; Е2=17 МПа); 3 — песок плотный (γ3=0,0101 МН/м 3 , h3 = 2,2 м, E3 = 32 МПа); 4 — суглинок тугопластичный (γ4 =0.01 МН/м 3 , h4=3,4 м, E4=30 МПа)

Построим эпюру дополнительного вертикального напряжения под подошвой первого фундамента (см. рис. V.1), воспользовав­шись формулой σzp=αρдg и табл. 1.16(Приложение I). Вычисления представим в таблич­ной форме (табл. V.1).

Нижнюю границу сжимаемой толщи находим по точке пересе­чения вспомогательной эпюры с эпюрой дополнительных напряжений (см. рис. V.1). По этому рисунку определим и мощность сжимаемой толщи H1=5,6 м.

Таблица V.1

Грунт z, м m=2z/b α σz1= αρд1, МПа Е, МПа
Песок пылеватый 0,4 0,8 0,4 0,8 1,0 0,96 0,8 0,358 0,344 0,287
Супесь пластичная 1,2 1,6 2,0 2,4 1,2 1,6 2,0 2,4 0,606 0,449 0,336 0,257 0,217 0,161 0,12 0,092
Песок плотный 2,8 3,2 3,6 4,0 4,4 2,8 3,2 3,6 4,0 4,4 0,201 0,16 0,13 0,108 0,091 0,072 0,057 0,047 0,039 0,033
Суглинок тугопластичный 4,8 5,2 5,6 * 6,0 6,4 6,8 7,2 7,6 4,8 5,2 5,6 6,0 6,4 6,8 7,2 7,6 0,077 0,066 0,058 0,051 0,046 0,04 0,036 0,032 0,028 0,024 0,021 0,018 0,016 0,014 0,013 0,011

Вычислим осадку фундамента без учета вли­яния соседнего фундамента:

По табл. 1.17(Приложение I) для здания, выполненного из железобетонного кар­каса с заполнением, предельно допустимая осадка su=8 см. В на­шем случае s1= 3,1

Из условий симметрии следует, что , поэтому:

= 0,5 (0,88 — 0,859) 0,458 = 0,005 МПа.

Коэффициент найдем по табл. 1.16(Приложение I) для соотношения n1 = 3,6 с помощью линейной интерполяции, а коэффициент — по той же таблице при nIII =l,6 и m‘= 0,8.

Рис. V.2

Дополнительные напряжения далее определим для точек, ле­жащих на вертикали под центральной точкой первого фундамента: эти напряжения вычисляли с шагом, равным высоте элементарного слоя, выбранного при расчете первого фундамента, т.е. z=0,4 м.

Вычисления представим в табличной форме (табл. V.2), при этом заметим, что предпоследний столбец этой таблицы характери­зует распределение суммарных напряжений под центральной точкой первого фундамента от совместного действия первого и второго фундаментов.

Таблица V.2

Грунт z, м m’=z/b αI αIII σz2, МПа Σσ=σz1z2, МПа Е, МПа
Песок пылеватый 1,6 2,0 2,4 0,8 1,2 0,880 0,816 0,751 0,859 0,781 0,703 0,005 0,008 0,011 0,363 0,352 0,298
Супесь пластичная 2,8 3,2 3,6 4,0 1,4 1,6 1,8 2,0 0,692 0,633 0,584 0,535 0,631 0,558 0,500 0,441 0,014 0,017 0,019 0,022 0,231 0,178 0,139 0,114
Песок плотный 4,4 4,8 5,2 5,6 6,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 0,500 0,456 0,424 0,392 0,366 0,397 0,352 0,318 0,284 0,258 0,024 0,024 0,024 0,025 0,025 0,096 0,081 0,071 0,064 0,058
Суглинок тугопластичный 6,4 6,8 7,2 7,6 8,0 8,4 8,8 9,2 3,2 3,4 3,6 3,8 4,0 4,2 4,4 4,6 0,339 0,317 0,295 0,277 0,259 0,243 0,228 0,215 0,232 0,212 0,192 0,177 0,161 0,149 0,137 0,128 0,025 0,024 0,024 0,023 0,022 0,022 0,021 0,019 0,053 0,048 0,045 0,041 0,038 0,036 0,034 0,03

Пользуясь данными табл. V.2, построим суммарную эпюру до­полнительных напряжений (см. рис. V.1). Нижнюю границу сжима­емой толщи найдем по точке пересечения этой эпюры со вспомога­тельной. Мощность сжимаемой толщи составит 7,6 м (см. рис. V.1).

Вычислим осадку первого фундамента, учитывая влияние второго фундамента:

Итак, суммарная осадка первого фундамента s2=3,6 см > s1 = = 3,1 см, т. е. первый фундамент испытывает дополнительную осадку под влиянием рядом расположенного фундамента. Однако основное условие расчета по второй группе предельных состояний по-преж­нему выполняется: s2=3,6 см

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Как то на паре, один преподаватель сказал, когда лекция заканчивалась – это был конец пары: “Что-то тут концом пахнет”. 8481 – | 8071 – или читать все.

93.79.246.243 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

SGround.ru

Сайт о фундаментах, их основаниях и морозном пучении грунтов

Выбор глубины заложения фундаментов

Основные принципы выбора глубины заложения фундамента

Оглавление

1. Введение

Тема статьи очень важная – выбор глубины заложения фундамента не менее важен чем его способность без разрушения воспринимать нагрузки от надземной части сооружения без разрушения, осадок и деформаций.

Почему так? В первую очередь потому, что слишком маленькая глубина заложения фундамента ведет к воздействию на него труднопреодолимых лобовых сил морозного пучения грунтов. А слишком большая глубина до подошвы фундамента – это неоправданные большие финансовые затраты. Поэтому важно определить минимально необходимую и достаточную для обеспечения надежности и долговечности здания (или сооружения) глубину заложения фундамента.

2. Критерии выбора глубины заложения фундамента

Существуют несколько параметров которые влияют на глубину заложения фундамента. Приведу список параметров в порядке уменьшения значимости:

  1. Тип грунта в пределах сезонно-промерзающего слоя;
  2. Глубина промерзания грунта (расчетная);
  3. Уровень грунтовых вод (максимальный прогнозный);
  4. Прочность грунтов основания (как правило повышается с глубиной) и нагрузка на фундамент;
  5. Стоимость возведения фундамента.

В статье далее речь пойдет преимущественно о столбчатых, ленточных, плитных и других видах несвайных фундаментов. Т.к. глубина погружения сваи обычно составляет не менее 4,0 м., то в подавляющем большинстве случаев нижний конец сваи находится ниже глубины промерзания грунта. Для свай глубина погружения назначается из расчета по прочности и деформациям и рассматривается в отдельной статье.

Отдельной строкой следует выделить незаглубленные и малозаглубленные фундаменты. Чуть подробнее о них в конце этой статьи, а совсем подробно в этой статье.

Читать еще:  Архитектурное бюро дачные дома в стиле шале

Подробнее остановимся на каждом из параметров в списке:

  1. Тип грунта в пределах сезоннопромерзающего слоя;

Для определения глубины заложения фундамента важен тип грунта, т.к. это определяет пучинистый грунт или нет. Степень пучинистости зависит и от других факторов, например от влажности (см. статью физика процесса пучения), но влажность меняется – сегодня грунт сухой, а завтра началась аномально-дождливая погода и он стал водонасыщенным. А вот некоторые типы грунтов, такие как пески средние и крупные, крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем, щебенистые и галечниковые грунты непучинисты всегда, при любых условиях. Для таких гарантированно непучинистых грунтов глубину заложения фундамента можно выбирать без учета глубины промерзания грунта – только из конструктивных соображений.

  1. Зависимость глубины заложения фундамента от глубины промерзания грунта

Если же грунты в зоне промерзания не относятся к гарантированно непучинистым, то в первую очередь следует выбрать глубину до подошвы фундамента так, чтобы она была больше максимальной расчетной глубины промерзания грунта. Если это условие не выполнить, то на фундамент будут воздействовать лобовые силы морозного пучения, а это будет означать почти гарантированный перекос фундаментов (в той или иной степени) в зимний период со всеми вытекающими последствиями.

Глубина промерзания при этом определяется с учетом тепловыделений от отапливаемого здания – чем выше температура в помещении зимой, тем меньше расчетная глубина промерзания. Если же здание/сооружение не отапливаемое тогда расчётная глубина промерзания больше нормативной в 1,1 раза за счет того, что холодные фундаменты лучше проводит тепло, а это ускоряет отток тепла из грунта и его промерзание.

  1. Зависимость глубины заложения фундамента от уровня грунтовых вод

Грунтовые воды сами по себе не являются такой уж проблемой для железобетонной конструкции – если опустить ее в чистую воду, то бетон и арматура будет чувствовать себя даже лучше чем на открытом воздухе.

Опасность грунтовых вод заключается в том, что они делают большинство грунтов сильнопучинистыми. При чем не только ниже уровня грунтовых вод (УГВ) грунты приобретают такие свойства, но и в некоторой толще над УГВ – в пределах капиллярной (морозоопасной) каймы толщиной до 3-3,5 м (подробно см. статью). Помимо этого, бетон, впитывая в себя воду, зимой в последующем быстро разрушается из-за того, что вода внутри пор бетона увеличивается в объеме при замерзании и разрывает бетон изнутри.

Кроме того, грунтовые воды зачастую содержат в себе загрязняющие вещества, которые агрессивно воздействуют на бетон, сталь и арматуру ж/б конструкций – обладают агрессивными свойствами.

  1. Зависимость глубины заложения фундамента от прочности грунтов основания и нагрузки на фундамент

При внимательном изучении формулы по которой определяется расчетное сопротивление грунта видно, что этот показатель значительно увеличивается с увеличением глубины заложения фундамента. Так происходит из-за того, что если слои грунта под подошвой фундамента находятся глубже, то они сильнее обжаты выше расположенными слоями и, следовательно, они более плотные и их сложнее вывести из состояния устойчивости (потеря устойчивости грунта связана с выпором части грунтового массива из-под подошвы фундамента вбок и вверх, см. схему).

Схема потери устойчивости грунта от вертикальной нагрузки

Поэтому при больших нагрузках на фундамент можно либо увеличить площадь подошвы, либо увеличить глубину его заложения. Решение в каждом случае принимается индивидуально с учетом экономики и характеристик слоев грунта и характера их напластования.

  1. Зависимость глубины заложения фундамента от экономики и финансов собственника

Здесь все понятно – чем глубже зарывать фундамент, тем больше потребуется материалов и земляных работа, тем выше будет стоимость строительства. Поэтому всегда важно не делать огромный запас, а определять минимально необходимое заглубление.

3. Требования норм проектирования к глубине заложения фундаментов

Обратимся к главному действующему нормативу в области проектирования фундаментов – СП 22.13330.2016 раздел 5.5 «Глубина заложения фундаментов» п.5.5.1 гласит:

«Глубину заложения фундаментов следует принимать с учетом:

  • назначения и конструктивных особенностей проектируемого сооружения, нагрузок и воздействий на его фундаменты;
  • глубины заложения фундаментов примыкающих сооружений, а также глубины прокладки инженерных коммуникаций;
  • существующего и проектируемого рельефа застраиваемой территории;
  • инженерно-геологических условий площадки строительства (физико-механических свойств грунтов, характера напластований, наличия слоев, склонных к скольжению, карманов выветривания, карстовых полостей и пр.);
  • гидрогеологических условий площадки и возможных их изменений в процессе строительства и эксплуатации сооружения;
  • возможного размыва грунта у опор сооружений, возводимых в руслах рек (мостов, переходов трубопроводов и т.п.);
  • глубины сезонного промерзания грунтов.

Выбор оптимальной глубины заложения фундаментов в зависимости от указанных условий необходимо выполнять на основе технико-экономического сравнения различных вариантов.»

То есть почти то же самое, о чем говорилось выше только другими словами. Далее в п. 5.5.2-5.5.4 СП идет методика определения расчетной и нормативной глубины промерзания – это вопрос рассмотрен в другой статье.

Далее п 5.5.5 однозначно определяет правила выбора глубины заложения фундамента:

Глубину заложения фундаментов отапливаемых сооружений по условиям недопущения морозного пучения грунтов основания следует назначать:

  • для наружных фундаментов (от уровня планировки) по таблице 5.3;
  • для внутренних фундаментов — независимо от расчетной глубины промерзания грунтов.

Глубину заложения наружных фундаментов допускается назначать независимо от расчетной глубины промерзания, если:

  • специальными исследованиями на данной площадке установлено, что грунты не имеют пучинистых свойств;
  • специальными исследованиями и расчетами установлено, что деформации грунтов основания при их промерзании и оттаивании не нарушают эксплуатационную надежность сооружения и не превышают предельно допустимых деформаций (см. 5.6);
  • предусмотрены специальные теплотехнические мероприятия, исключающие промерзание грунтов выполнена замена грунта непучинистым материалом на глубину промерзания.
Грунты под подошвой фундамента Глубина заложения фундаментов в зависимости от глубины расположения уровня подземных вод d w , м, при
dw ≤ df +2 dw > df +2
Скальные, крупнообломочные с песчаным заполнителем, пески гравелистые, крупные и средней крупности Не зависит от df Не зависит от df
Пески мелкие и пылеватые Не менее df То же
Супеси с показателем текучести JL Фото: незаглубленный ленточный фундамент

Имею личный опыт применения ленточного незаглубленного фундамента под 2хэтажным срубом – в зимний период каждый раз происходит одинаковый перекос порядка 10-15 см, грунты сильнопучинистые. Эти деформации вызывает перекосы крыльца и наружной лестницы, поэтому они были сделаны с возможностью свободной деформации относительно сруба. В остальном все работает нормально, летом приходит в исходное положение.

В общем вариант имеет право на жизнь в дачном строительстве, для капитального жилого дом – не рекомендую.

Влияние фундаментов друг на друга с разной глубиной заложения

Не зная типологию и характер залегания грунтов, их физико-механических характеристик, уровня водоносного горизонта невозможно объективно назначить рациональный тип фундамента и определить его геометрические параметры (глубину заложения, ширину подошвы и т.д.). Именно поэтому проектирование любого мало-мальски ответственного сооружения должно начинаться с комплексной оценки инженерно-геологических и гидрологических условий площадки строительства.

В данной статье (адресованной прежде всего начинающим индивидуальным застройщикам) мы в максимально доступной форме попытаемся рассказать о важнейших с точки зрения строительной науки свойствах грунтов, без понимания которых не стоит предпринимать каких-либо действий, связанных с планированием и устройством фундаментов.

Несущая способность грунта

Грунт, как любое физическое тело, имеет свойство сжиматься при действии на него нагрузки. Сжимаясь под весом какого-либо сооружения, грунтовый пласт получает вертикальное смещение и опирающийся на него фундамент, соответственно, перемещается вслед за ним. Величина смещения фундамента относительно своего исходного положения называется осадкой.

Величина осадок зависит от физико-механических свойств грунтов, залегающих до глубины, равной двойной ширине тела фундамента, а также от величины передаваемой нагрузки и площади подошвы фундамента, контактирующей с грунтом. Из-за неоднородности грунтов и наличия множества факторов, влияющих на величину осадки, довольно трудно спроектировать фундамент так, чтобы подвижки грунта под всеми частями сооружения были одинаковыми. Как показывает практика, значительные (сверхнормативные) неравномерные осадки грунта являются главной причиной деформаций зданий и сооружений, образования трещин и разрушения надземных конструкций.

В результате длительных натурных наблюдений за различными зданиями в процессе их эксплуатации было установлено, что одинаковая по величине осадка опорного слоя грунта по-разному влияет на сохранность элементов строений, имеющих различную конструктивную схему. Например, осадки, не вызывающие никаких видимых деформаций в бескаркасных зданиях, могут привести к резкому образованию крупных трещин в конструкциях зданий каркасного типа.

Прочность или несущая способность грунта характеризуется величиной нагрузки, вызывающей его вертикальное смещение. Значение этой нагрузки, отнесенное к единице площади основания, принято называть допускаемым давлением на грунт или расчетным сопротивлением грунта.

Нормативные значения величины допускаемого давления (расчетного сопротивления) различных грунтов, которые можно использовать для предварительного назначения размеров и глубины заложения фундамента, приводятся в ряде действующих нормативных документов, пособий и руководств (СП 22.13330.2011, Руководство по проектированию оснований зданий и сооружений и др.).

Сезонное промерзание и морозное пучение грунта

Осадка под нагрузкой – это не единственная форма изменения грунта, которую необходимо учитывать при проектировании фундаментов. Гораздо более непредсказуемые и разрушительные последствия происходят со свойствами грунтов при изменении температурно-влажностных условий, которые проявляются при попеременном (сезонном) оттаивании-замораживании.

Особенно опасна для неподготовленного фундамента может оказаться зима. С приходом холодов запускается процесс промерзания поверхностных слоев грунта, в ходе которого содержащаяся в его порах вода замерзает и превращается в лед, расширяясь при этом в объеме. Попробуйте представить — огромное количество водяных капелек воды, хаотично разбросанные в толще земли, одновременно начинают твердеть и увеличиваться в размерах (до 15% объема), оказывая выталкивающее воздействие на незаледенелые фракции грунта (см. Рис.1).

Рис.1. Увеличение грунта в объеме вследствие морозного пучения

Подвижки и деформации, происходящие в грунте при его промерзании называют морозным пучением. В свою очередь, давление или воздействие, которое эти подвижки вызывает, получило название сил морозного пучения. В отдельных случаях величина этих сил соизмерима с нагрузкой от веса 2-3 этажного здания.

Последствия разрушительного влияния морозного пучения на фундаменты и другие несущие конструкции зданий продемонстрированы на фото ниже (см. Рис.2). «Вживую» познакомиться с этими последствиями приходиться как правило тем, кто не не учитывал морозно-пучинистые свойства грунтов в расчетах оснований на стадии проектирования или инженерно-геологических изысканий.

Рис.2. Последствия влияния сил морозного пучения на конструкции

Как было отмечено выше, промерзанию и пучению подвергается не вся толща грунтов, а лишь слои, расположенные непосредственно у дневной поверхности. Глубина, в пределах которой проявляются морозно-пучинистые процессы, называется глубиной сезонного промерзания грунта. Ее величина зависит от климатических условий площадки строительства и типа грунта.

Ниже на Рис.3 представлена заимствованная из действующих норм схематическая карта районирования РФ с указанием нормативных значений глубины сезонного промерзания в зависимости от территориальной расположенности участка. Ее следует использовать исключительно для предварительного назначения глубины закладки фундаментов.

Рис.3. Схематическая карта РФ с указанием глубин сезонного промерзания грунтов

Наиболее сильно морозно-пучинистые процессы проявляют себя в глинистых влажных грунтах, отличительной особенностью которых является относительно небольшая водопроницаемость. Гораздо в меньшей степени от пучения «страдают» скальные, полускальные и песчаные грунты, характеризующиеся на порядок более высокой фильтрационной способностью. К непучинстым (или практически непучинистым) типам оснований, практически не подверженным внутриобъемному деформированию при промерзании, относятся грунты, не содержащие в своем составе глинистых частиц, — гравийный щебень и другие скальные породы, пески гравелистые крупные и средней крупности. Данные грунты считаются самыми морозобезопасными независимо от степени их водонасыщения и расположения уровня водоносного горизонта.

Грунтовые воды

Из сказанного выше можно сделать вывод, что одним из важнейших критериев, который обязательно необходимо учитывать при проектировании фундаментов, является степень пучинистости грунтов. Второй, не менее важной, характеристикой инженерно-геологических условий площадки строительства, влияющей на глубину заложения фундаментов и, соответственно, на конечную стоимость работ нулевого цикла, является «уровень грунтовых вод» (далее УГВ).

Говоря максимально простым языком, чем выше УГВ к поверхности земли, тем сложней и дороже будет конструкция фундамента. Высокий уровень грунтовых вод (залегаемый в пределах 0,5 метров от планировки) значительно усложняет и замедляет процесс производства земляных работ, т.к. наличие в котловане (или траншее) воды, даже при прочных непучинистых грунтах, потребует выполнения дополнительных работ по водопонижению. Кроме того, подземные воды содержат в своем составе огромное количество всевозможных примесей и растворимых химических веществ, многие из которых оказывают негативное, а некоторые и губительное, влияние на заглубленные конструкции.

Грунтовые воды способны усиливать пучинстые свойства грунтов (к непучинистым грунтам это не относится) за счет миграции влаги, поступающей из нижележащих слоев вверх к границе промерзания. Т.е. чем ближе уровень подземных вод расположен к дневной поверхности, тем более морозоопасным является грунт.

С учетом вышесказанного, в целях экономии и предотвращения возможного подтопления/размыва оснований, рекомендуется по возможности заглублять фундамент ниже установленной в ходе изысканий отметки УГВ.

ОСОБЕННОСТИ УЧЕТА ВЗАИМНОГО ВЛИЯНИЯ ФУНДАМЕНТОВ ДРУГ НА ДРУГА

    Ростислав Сальков 2 лет назад Просмотров:

1 Материалы конференции Перспективы развития строительных технологий УДК Шокарев Е. А., инж. Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры, Причина Е.С., асп. каф. СГГМ, Титякова Е. С., к.т.н., каф. СГГМ, Павленко С.А., студ. Государственный ВУЗ «НГУ», Днепропетровск, Украина ОСОБЕННОСТИ УЧЕТА ВЗАИМНОГО ВЛИЯНИЯ ФУНДАМЕНТОВ ДРУГ НА ДРУГА При реконструкции (например, при увеличении зданий и сооружений) и новом строительстве в условиях тесной городской застройки имеет место проблема учета фундаментов друг на друга. В настоящей работе представлены материалы исследований, направленных на выявление закономерностей осадок угловых точек фундаментов, расположенных на грунтовом слое конечной толщины [1, 2]. Исследовались осадки угловых точек прямоугольной области, загруженной равномерной распределенной нагрузкой (этот вид деформаций важно знать при учете влияния отдельных фундаментов друг на друга). Определению напряженно- деформированного состояния грунтового слоя конечной толщины посвящены работы авторов [2,,6], анализ которых позволил нам сделать вывод о том, что толщина грунтового слоя оказывает существенное влияние на его напряженно деформированное состояние и напряженно деформированное состояние расположенных на нем зданий и сооружений. При этом вопрос количественной оценки влияния на напряженно деформированное состояние основания его толщины, граничных условий на контакте с жестким подстилающим слоем и деформационных свойств слагающего основание грунта остается открытым. В этой связи целесообразно выполнить анализ влияния на напряженно деформированное состояние основания его толщины, граничных условий на контакте со скалой и деформационных свойств слагающего основание грунта. С практической точки зрения такой анализ позволит наметить пути решения проблемы разработки методики учета влияния расположенных рядом фундаментов друг на друга. Цель работы качественный и количественный анализ закономерностей проявления осадок основания, находящегося под воздействием равномерной распределенной по площади прямоугольника нагрузки в рамках расчетной схемы в виде слоя конечной толщины при варьировании таких факторов: – относительной толщины грунтового слоя H ; – отношение длины подошвы фундамента L к его ширине b ; – граничных условий на контакте раздробленного грунта со скалой; – коэффициента Пуассона основания. Вначале найдем решение задачи об осадке слоя конечной толщины H, к верхней границе которого приложена равномерная распределенная нагрузка q 166

2 Е.А. Шокарев, Е.С. Причина, Е.С. Титякова, С.А. Павленко (рис. 1). Нагрузка распределена по площади прямоугольника со сторонами L и b. Условия на верхней границе основания примем в виде: L L b b q при x, и y, ; L L b b zz x, y, 0 0 при x, и y, ; xz x,y, 0 0; yz x,y, 0 0. zz – вертикальное нормальное напряжение в точке с координатами x,y,z ; xz x,y,h u yz x,y,h – то же, касательные. При этом на контакте раздробленного грунта и жесткого подстилающего слоя рассмотрим два вида граничных условий: Здесь x,y,z (1) и xz x,y,h 0; yz x,y,h 0; W x,y,h 0. (2) U x,y,h 0; V x,y,h 0; W x,y,h 0. (3) Здесь U x,y,z – перемещение точки с координатами оси 0x ; V x,y,z – то же, в направлении оси 0y ; x,y,z в направлении W x,y,z – то же, в направлении оси 0z. Условия (2) соответствуют случаю, когда на границе слоев имеет место тонкая прослойка из мягкого пластичного грунта (смазка). Эти условия использованы К.Е. Егоровым [10] для составления представленных в СНиП [1] таблиц, предназначенных для расчета средних осадок фундаментов на грунтовом слое конечной толщины. Условия (3) соответствуют случаю, когда грунтовые слои не имеют возможности проскальзывать друг относительно друга. Для решения задачи используем известные фундаментальные решения задачи о вертикальной сосредоточенной силе, приложенной к верхней границе грунтового слоя конечной толщины[6], а затем используем принцип суперпозиции так, как это было сделано авторами работ [7, 8]. Для граничных условий (2) решение задачи имеет вид: 167

3 Материалы конференции Перспективы развития строительных технологий а для граничных условий (3) Здесь косинус; где r x y 2 1 sh r S r P J0 d G H sh ch H 0, (4) 3 4 sh2 2 r 0,(5) 3 4 ch2 H 0 1 S r P J d G H sh x и ; 0 коэффициент Пуассона; ch x – соответственно гиперболические синус и J x – функция Бесселя первого рода с нулевым индексом [9]; – E G – модуль сдвига; E – модуль общей 2 1 деформации основания; P – величина сосредоточенной силы. Рис.1. К расчету осадок грунтового слоя. M – точка, в которой определялась осадка основания Равенства (5) содержат несобственные интегралы, вычисление которых в аналитическом виде проблематично. Поэтому нами была выполнена аппроксимация подынтегральных функций и 2 F sh sh ch (6) F sh ch в виде 6 (7) i 1, (8) F a exp i i1 где a i – коэффициенты аппроксимации, а i – номер члена ряда. Результаты аппроксимации представлены в таблице

4 Е.А. Шокарев, Е.С. Причина, Е.С. Титякова, С.А. Павленко Таблица 1 Значения коэффициентов аппроксимации a i, д.ед. п/п a 1 a 2 a 3 a 4 a 5 a 6 a ,319-9,708 31,532 46,521 33,465 9, ,1 1-0,805-7,258 26,728-42,150 31,771-9, ,2 1-0,965-7,188 28,249-45,856 35,137-10, ,3 1-1,199-7,132 30,308-50,617 39,391-11, ,4 1-1,573-6,919 32,661-56,308 44,635-13, ,5 1-2,258-5,931 34,129-61,941 50,750 15,750 Примечание. В первой строке настоящей таблицы представлена аппроксимация выражения (6). Подставим (8) в несобственные интегралы (4) и (5). Имеем: 7 1 a S x,y P i G. (9) i1 x y i 1 H Далее положим dp q dx1 dy1, и найдем дифференциал осадки основания в точке x 1,y 1. Имеем: 7 1 a S x, y q dx1 dy1 i G. (10) i1 x x1 y y1 i 1 H Для определения осадки основания в точке с координатами xy, проинтегрируем (10) по площади. Имеем: b L 7 1 dx1dy 1a S x,y q i G H. (10) b L i1 x x1 y y1 i 1 H Для удобства анализа полученного таким образом решения задачи с использованием формул x b ; x1 b 1; y L ; y1 L 1; L n b; m b G H b. (11) H ; S, S, 2 q 1 выполним нормировку (10). Для осадки угловой точки с координатами M b L,. Имеем: 169

5 Материалы конференции Перспективы развития строительных технологий S, d1 d1 ai. (12) 1 1 i m i1 1 n Определенный интеграл (12) вычислялся численным методом Симпсона. При этом рассматривались центр (точка M, рис. 1) и угловая точка загруженной области (точка M 1, рис. 1). После этого по формуле Se S 100% (13) Se определялись относительные погрешности между осадками, рассчитанными для граничных условий (2) и граничных условий (3). При этом варьировались значения коэффициента Пуассона. Здесь S e – осадка, установленная для граничных условий (2); S – то же, для граничных условий (3). Результаты расчетов для угловой точки загруженной области представлены на рисунке 2. Рис. 2. Расхождение между осадками угловых точек загруженной области: а – Lb 1; б- Lb 5. коэффициент Пуассона =0,1; 2 – то же, =0,2; 3 – то же, =0,3; 4 – то же, =0,4; 5- то же, =0,5. Анализ представленных на рисунку 2 кривых, в частности, позволил нам сделать вывод о том, что при различных условиях на контакте слоя раздробленного грунта и подстилающим его жестким основанием и прочих равных условиях относительное расхождение между средними осадками угловых точек, расположенных вблизи друг от друга фундаментов может приближаться к 100%. В целом были сделаны такие выводы. 170

6 Е.А. Шокарев, Е.С. Причина, Е.С. Титякова, С.А. Павленко 1. Чем выше значение Пуассона основания, тем больше граничные условия влияют на значения осадок расположенных на грунтовом слое конечной толщины фундаментов. Это различие тем больше, чем меньше относительная толщина слоя m 2 H b и чем больше относительная длина подошвы фундамента n L b. 2. Для адекватного учета взаимного влияния фундаментов на грунтовом слое конечной толщины друг на друга обязательно следует учитывать значение коэффициента Пуассона основания. 3. Область полученных в работе результатов – учет взаимного влияния друг на друга фундаментов на грунтовом слое конечной толщины в условиях тесной городской застройки. При этом возможны такие варианты: 3.1. Возрастание нагрузки на основание при увеличении в ходе реконструкции этажности существующих зданий Увеличение в ходе реконструкции площади подошвы существующих фундаментов и нагрузки на них Новое строительство вблизи существующих зданий БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. СНиП *. Основания зданий и сооружений. 2. Горбунов-Посадов М.И. Осадки фундаментов на слое грунта, подстилаемом скальным основанием. – М.: Госстройиздат, с. 3. Бабич П.В. Особливості розвитку крена прямокутних фундаментів на водонасиченій основі для шару кінцевої товщини. Автореферат на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук. Дніпропетровськ. ПГАСиА с. 4. Титякова К. С. Напружено-деформований стан системи «ґрунтовий шар кінцевої товщини фундамент надфундаментна будівля». Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук. Дніпропетровськ с. 5. Головко О.С. Крени фундаментів з кільцевою формою підошви на водонасиченому грунтовому шарі кінцевої товщіни. Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук. Дніпропетровськ с. 6. Кушнер С.Г. Расчет деформаций оснований зданий и сооружений. Запорожье, с. 7. Тимошенко С.П., Гудьир Дж. Теория упругости. – М: Наука, с. 8. Шаповал А.В., Шаповал В.Г. Теория взаимосвязанной фильтрационной консолидации: Монография.-Днепропетровск: Пороги, с. 9. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике. – М.: Наука, с. 10. Егоров К. Е. К расчету деформаций оснований (сборник статей). М.: ФГУП «ВНИИНТПИ», с. 171

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector