Что означает дополнительное давление на грунт основания
Перейти к содержимому

Что означает дополнительное давление на грунт основания

  • автор:

22. Что такое природное давление?

Грунты основания находятся в обжатом состоянии под двумя силовыми воздействиями — собственного веса вышележащих слоев грунта и всех силовых воздействий на здание, передаваемых его фундаментами основанию. Давление от собственного веса грунта называется природным (бытовым), от здания — дополнительным. γ – удельный вес грунта.

23. Что такое природное и дополнительное давления?

Грунты основания находятся в обжатом состоянии под двумя силовыми воздействиями — собственного веса вышележащих слоев грунта и всех силовых воздействий на здание, передаваемых его фундаментами основанию. Давление от собственного веса грунта называется природным (бытовым), от здания — дополнительным. По глубине основания эти силовые воздействия проявляются различно: интенсивность природного давления возрастает, а дополнительного падает за счет распределения его на более широкое пространство. Влияние дополнительного давления на деформации основания проявляется на глубину конечной величины, называемой величиной деформируемой толщи основания. Верхней границей деформируемой толщи считается отметка подошвы фундамента, нижней — отметка, на которой величина дополнительного давления падает до 0,2 природного (P доп = 0,2 P пр).

24. Полевые способы определения механических характеристик грунтов.

Помимо лабораторных методов испытаний грунтов применяются полевые методы, преимущества которых заключаются в возможности определения свойств грунтов в условиях их естественного залегания. Полевые методы основаны на использовании зависимости s=f(p), и имитируют при определении модуля деформации Е, угла внутреннего трения, удельного сцепления С. Некоторые из полевых методов: испытания грунтов штампами – проводят для определения модуля деформации грунтов. Метод заключается в сжатии грунтов металлическим штампом, к которому приложена определенная нагрузка, и измерении возникающих при этом перемещений штампа. Испытания грунтов прессиометрами: проводят для определения модуля деформации грунтов. Применяют для испытания песчаного и пылевато-глинистых грунтов. Суть метода заключается в обжатии стенок скважины радиальным давлением, создаваемым с помощью эластичного зонда. Испытание целиков грунтов на сдвиг: проводят для определения угла внутреннего трения и удельного сцепления грунта. Заключается в обжатии целика грунта вертикальным давлением и последующем его срезе по фиксированной плоскости под воздействием горизонтальной нагрузки. Испытания методом вращательного среза: для определения предельного сопротивления грунтов срезу. Испытание грунтов статическим и динамическим зондированием.

25. Статическое и динамическое зондирование.

По способу погружения конуса (забивка, вдавливание) различают динамическое и статическое зондирование. Статическое зондирование основано на вдавливании зонда с d=36 мм в грунт статической нагрузкой с одно временным измерением значений сопротивления грунта под наконечником и на боковой поверхности грунта. Оно применяется для испытания немерзлых и талых песчано-глинистых грунтов, содержащих не более 25 % частиц крупнее 10 мм.

Динамическое зондирование грунтов производится забивкой зонда с d=74 мм через штанги и измерением глубины погружения от определенного числа ударов молота. Выполняется непрерывно до достижения заданной глубины или до різкого уменьшения скорости погружения зонда. Результаты зондирования представляют в виде графиков изменения по голубине уловного динамического сопротивления.

Определение осадочного давления

Давление от веса сооружения передается через подошву фундамента на грунт, находящийся не на поверхности, а на некоторой глубине, соответствующей отметке заложения фундамента.
К моменту строительства деформации грунта от действия природного давления рпр на этой отметке от собственного веса вышележащего грунта можно считать полностью законченными. Учитывая, что при устройстве фундаментов часть грунта заменяется конструкцией фундамента, дополнительная осадка от действия давления, передаваемого подошвой фундамента, будет происходить не от полной нагрузки р, а от разности между ней и весом вынутого грунта.
Это давление обычно называется осадочным или дополнительным и определяется по такой формуле:

Определение осадочного давления

Расчет осадок основания производится только от осадочного давления рос.
Пример 14. Определить осадочное (дополнительное) давление для ленточного фундамента шириной 2 м с глубиной заложения 1,5 м. Нагрузка на фундамент N = 40 т. Объемный вес грунта уо = 1,8 г/см3.
Решение.
Давление по подошве фундамента:

Природное давление на глубине 1,5 м:

Осадочное давление

Пример 15. Построить эпюры распределения природного и осадочного давлений в основании по оси, проходящей через центр ленточного фундамента со стороной 2 м. Глубина заложения фундамента 1,5 м. Интенсивность давления по подошве фундамента р = 2 кг/см2. Объемный вес грунта уo = 1,8 г/см3. Осадочное давление под подошвой фундамента определено в примере 14 рос = 1,73 кг/см2.
Решение.
По табл. 16 определяем значение а для ленточного фундамента (n > 10). Решение ведем в табличной форме (табл. 17).

Что означает дополнительное давление на грунт основания

31. Основные принципы конструирования плитных фундаментов.

Сплошные фундаменты выполняются из монолитного жб. По конструктивным решениям сплошные фундаменты разделяют на плитные и коробчатые. Плитные фундаменты могут быть гладкими и ребристыми.

Толщину плиты, работающей на изгиб в двух взаимно перпендикулярных направлениях, определяют расчётом на моментные нагрузки и исходя из расчёта на продавливание в местах опирания колонн.

Опирание колонн на гладкие и коробчатые плиты осуществляется через сборные и монолитные стакана, ребристые плиты соединяются с колоннами с помощью монолитных стаканов или выпусков арматуры.

Армирование фундаментных плит осуществляется:

— плоскими сварными сетками рабочей арматурой одного направления и пространственными поддерживающими каркасами;

— отдельными стержнями, расположенными в двух направлениях;

— унифицированными плоскими сварными сетками с добавлением отдельных стержней в местах наибольшего момента;

— отдельными стержнями в продольном направлении и сварными каркасами в поперечном.

См. рисунки в тетради.

32. Расчетное сопротивление грунтов основания.

2.41. При расчете деформаций основания с использованием расчетных схем, указанных в п. 2.40 , среднее давление под подошвой фундамента p не должно превышать расчетного сопротивления грунта основания R, кПа (тс/м 2 ), определяемого по формуле

М g , Мq , Mc — коэффициенты, принимаемые по табл. 4 ;

kz — коэффициент, принимаемый равным:

при b < 10 м - kz = 1, при b ³ 10 м — kz = z0/b + 0,2 (здесь z0 = 8 м);

b — ширина подошвы фундамента, м;

g II — осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), кН/м 3 (тс/м 3 );

g / II — то же, залегающих выше подошвы;

сII — расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа (тс/м 2 );

d1 — глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле

где hs — толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м;

hcf — толщина конструкции пола подвала, м;

g cf — расчетное значение удельного веса конструкции пола подвала, кН/м 3 (тс/м 3 );

db — глубина подвала — расстояние от уровня планировки до пола подвала, м (для сооружений с подвалом шириной B £ 20 м и глубиной свыше 2 м принимается db = 2 м, при ширине подвала B > 20 м — db = 0).

Примечания : 1. Формулу (7 ) допускается применять при любой форме фундаментов в плане. Если подошва фундамента имеет форму круга или правильного многоугольника площадью А, принимается

2. Расчетные значения удельного веса грунтов и материала пола подвала, входящие в формулу (7 ), допускается принимать равными их нормативным значениям.

3. Расчетное сопротивление грунта при соответствующем обосновании может быть увеличено, если конструкция фундамента улучшает условия его совместной работы с основанием.

4. Для фундаментных плит с угловыми вырезами расчетное сопротивление грунта основания допускается увеличивать на 15 %.

33. Определение основных размеров фундаментов мелкого заложения. Общие положения.

Расчёт фмз начинают с предварительного выбора его конструкции и основных размеров, к которым относятся глубина заложения фундамента, размеры и форма подошвы.

При назначении глубины заложения фмз необходимо руководствоваться следующими факторами – инженерно-геологическими и гидрогеологическими условиями площадки, глубина сезонного промерзания грунтов, конструктивные особенности возводимого здания, включая глубину прокладки подземных коммуникаций, наличие и глубину заложения соседних фундаментов.

Форма подошвы фундамента во многом определяется конфигурацией в плане возводимой части надземной конструкции. Она может быть круглой, кольцевой, многоугольной, квадратной, прямоугольной, ленточной, тавровой, крестообразной, а в стеснённых условиях и более сложного очертания. В сборных фундаментах её определяет и форма составных элементов и блоков.

Центрально-сжатый фундамент

При расчётах фмз по второму предельному состоянию площадь подошвы предварительно может быть определена ил условия P < R , таким образом приняв P = R

где No – расчётная вертикальная нагрузка на уровне обреза фундамента

гамма на d – вес фундамента и грунта на уступах.

Получив площадь фундамента находят его ширину, в зависимости от конфигурации в плане.

Величина R определяется по известной формуле.

Далее методом приближений подбирается наиболее близкое значении величины b и A .

Внецентренно-нагруженный фундамент

А= l * b , ,

= суммарная нагрузка на основание, включая вес фундамента и грунта на его уступах;

А – площадь подошвы фундамента;

е – эксцентриситет равнодействующей относительно центра тяжести подошвы;

b – размер подошвы фундамента.

Поскольку при внецентренном нагружении относительно одной из центральных осей максимальное давление на основание действует только под краем фундамента, при подборе размеров подошвы фундамента его допускается принимать на 20 % больше расчётнго сопротивления грунта:

Если точка приложения силы смещена относительно обеих осей инерции, то:

Поскольку в этом случае максимальное давление действует только по одной точке подошвы, то допускается условие: Р

34. Последовательность расчета и проектирования фундаментов мелкого заложения.

2. сбор нагрузок в характреных сечениях

3. выбор глубины заложения

4. выбор Амин= b * l из условия Р< R

5.Расчёт осадки S < Su

6. Неравномерность осадок

8.Просадка , набухание , оседание , горизонт

9. Слабый подстилающий грунт

10. Осадка по времени

11.

12. Определение прочности и устойчивости массива под зданием в целом.

13. Расчёт фундамента – конструирование тела фундамента и проверка по несущей способности и деформациям.

14. Конструирование фундамента под всё здание. Проверить дополнительными расчётами.

15. Проектирование фундамента.

35. Подбор площади подошвы центрально нагруженного фундамента.

Центрально нагруженным считают фундамент, у которого равнодействующая внешних нагрузок проходит через центр площади его подошвы. Реактивное давление грунта по подошве жесткого центрально нагруженного фундамента принимается равномерно распределенным интенсивностью , где No – расчётная нагрузка на уровне обреза фундамента, Gf и Gg – расчётные значения веса фундамента и грунта на его уступах, А – площадь подошвы фундамента.

В предварительных расчётах вес грунта и фундамента в объёме параллелепипеда, в основании которого лежит площадь фундамента А, определяется так:

, где — среднее значение удельного веса фундамента и грунта на его уступах, принимаемое обычно 20 кН/м3, d – глубина заложения фундамента, м.

Приняв получим формулу для определения необходимой площади подошвы фундамента:

Рассчитав площадь подошвы, находят его ширину в зависимости от конфигурации в плане.

После вычисления значения b принимают размеры фундамента с учётом модульности и унификации конструкций и проверяют давление по его подошве по формуле , найденная величина Р должна быть как можно более близка к R .

36. Подбор площади подошвы внецентренно нагруженного фундамента.

Внецентренно нагруженным считают фундамент, у которого равнодействующая внешних нагрузок не проходит через центр тяжести площади его подошвы. Такое нагружение фундамента является следствием передачи на него момента или горизонтальной составляющей нагрузки либо результатом одностороннего давления грунта на его боковую поверхность, как, например, у фундамента под наружную стену заглубленного помещения.

При расчёте давление по подошве внецентренно нагруженного фундамента принимают изменяющимся по линейному закону, а его краевые значения при действии момента сил относительно одной из главных осей определяют по формуле . Подстановкой значений А= lb W = b 2 l /6 и М= получаем

где — суммарная вертикальная нагрузка на основание, включая вес фундмента и грунта на его уступах, е – эксцентриситет равнодействующей относительно цт подошвы.

Эпюра давлений может однозначной и двузначной, размеры фундамента стремятся добрать таким образом, чтобы она однозначной и не происходило отрыва подошвы фундамента от основания.

Поскольку при внецентренном нагружении относительно одной из центральных осей максимальное давление на основание действует только под краем фундамента, при подборе размеров подошвы фундамента его допускается принимать на 20 % больше расчётного сопротивления грунта:

Если точка приложения силы смещена относительно обеих осей инерции, то:

Поскольку в этом случае максимальное давление действует только по одной точке подошвы, то допускается условие: Р

37. Проверка давления на подстилающий слой слабого грунта.

При наличии в пределах сжимаемой толщи основания слабых грунтов с расчётным сопротивлением меньшим, чем давление на несущий слой необходимо проверить давление в них, чтобы уточнить возможность применения при расчёте основания теории линейной деформируемости грунтов. Последнее требует, чтобы полное давление на кровлю подстилающего слоя не превышало его расчётного сопротивления, т.е. , где сигмы – вертикальное напряжение в грунте на глубине z от подошвы фундамента, Rz – расчётное сопротивление грунта на глубине кровли слабого слоя.

Величину Rz определяют по формуле как для условного фундамента шириной bz и глубиной заложения dz .

Ширину условного фундамента назначают с учётом рассеивания напряжений в пределах слоя толщиной z . Если принять, что давление действует по подошве условного фундамента, то площадь его подошвы должна составлять , отсюда находим ширину условного фундамента , где а= , l и b – длина и ширина подошвы проетируемого фундамента.

38. Определение осадки фундаментов методом послойного суммирования.

Этот метод (без возможности бокового расширения грунта) рекомендован СНиП 2.02.01-83 и является основным при расчётах осадок фундаментов пром и гражданских сооружений. Вначале производится привязка фундамента к инженерно-геологической системе основания, т.е. совмещение его оси с литологической колонкой грунтов. При известных нагрузках от сооружения определяется среднее давление на основание по подошве фундамента р. Затем начиная от поверхности природного рельефа строится эпюра природного давления по оси фундамента. Зная природное давление в уровне подошвы , определяют дополнительное вертикальное напряжение в плоскости подошвы . В том же масштабе строят эпюру дополнительных напряжений по оси фундамента.

Построив эпюры природного давления и дополнительно напряжения, находят нижнюю границу сжимаемой толщи. Уровень, при котором и есть эта граница.

Сжимаемую толщу основания разбивают на элементарные слои так, чтобы в пределах каждого слоя грунт был однородным. Принимают 0.4 b = hi . Зная дополнительные напряжения в середине каждого элементарного слоя , определяют его сжатие.

Модуль деформации Е или относительный кэф сжимаемости определяют по компрессионным кривым в зависимости от природного давления и дополнительного напряженя в середине каждого элементарного слоя грунта.

Общая осадка фундамента находится как сумма величин сжатия каждого элементарного слоя в пределах сжимаемой толщи или бета равно 0.8

39. Определение осадки фундаментов методом эквивалентного слоя.

Назовём эквивалентным такой слой грунта толщиной , осадка которого при сплошной нагрузке на поверхности будет равна осадке грунтового полупространства под воздействием местной нагрузки той же интенсивности

Осадку слоя грунта толщиной при сплошной нагрузке можно определить из условия одномерного его сжатии без возможности бокового расширения. Тогда, принимая деформацию сжатия любого элементарного слоя в пределах этой толщи найдём осадку всего слоя:


или используя относительный кэф сжимаемости грунтов .

С другой стороны, осадка поверхности грунтового полупространства под действием местной нагрузки будет равна . Тогда получим , или окончательно .

Отсюда следует, что толщина эквивалентного слоя грунта зависит от кэфа Пуассона v , кэфа формы площади и жёсткости фундамента w и его ширины b . Назовём А w – кэф эквивалентного слоя.

Для однородного основания достаточно подставить в эти формулы все численные значения и найти осадку. Для многослойного необходимо найти средневзвешенный кэф сжимаемости слоистого напластования:

Тогда осадка многослойного основания

40. Определение осадки фундаментов с использованием схемы линейно деформируемого слоя.

Метод линейно-деформируемого слоя

Расчет осадки основания методом линейно-деформируемого слоя разработан К.Е. Егоровым и применяется в следующих случаях:

В пределах сжимаемой толщи и основания, определенной с помощью метода послойного суммирования Нс, залегает слой грунта с модулем деформации Е ≥100 МПа и толщиной h1, удовлетворяющей условию

(7.17)

где Е2 — модуль деформации грунта, подстилающего слой грунта с модулем деформации Е1.

Ширина или диаметр фундамента b≥10 м и модуль деформации грунтов основания Е≤10 МПа.

Толщина линейно-деформируемого слоя H в первом случае принимается до кровли малосжимаемого грунта, во втором случае вычисляется по формуле

(7.18)

где Но и ψ — принимаются для оснований, сложенных пылевато-глинистыми грунтами — 9 м и 0,15 м;

kр— коэффициент, принимаемый равным kр = 0,8 при среднем давлении под подошвой фундамента P = 100 кПа и kр = 1,2 при Р = 500 кПа, а при промежуточных значениях — по интерполяции.

В случае, если в основании имеются глинистые и песчаные грунты, значение Н находят по формуле

(7.19)

Осадку основания с использованием расчетной схемы линейно-деформируемого слоя (рис. 7.13) определяют по формуле

(7.20)

kс — коэффициент, принимаемый в зависимости от относительной суммарной толщины деформирующихся слоев (2Н/b), определяется по табл. ;

km — коэффициент, зависящий от модуля деформации и ширины фундамента, принимается по табл.

ki и ki-1 — коэффициенты, определяемые по табл.7.4 в зависимости от формы подошвы фундамента, соотношения сторон и относительной глубины, на которой расположены подошва и кровля i-гo слоя (соответственно ζi=2zi/b; ζi-1 =2zi-1/b); Ei — модуль деформации i-го слоя грунта.

Рис. 7.13. Схема к расчету осадки методом линейно-деформируемого слоя

Распределение давления в грунтах основания

Распределение давления в грунтах основания

где z — глубина точки в которой определяется бытовое давление.

Дополнительное же давление, как показали исследования, уменьшается по мере удаления от подошвы фундаментов вглубь грунтов. Схема распределения давления в толще грунтов (по оси фундамента) показана на рис. 1.

Схема распределения давления в толще грунтов (по оси фундамента)

Ординаты эпюр давления на любой глубине hi от подошвы отложены от вертикальной оси фундамента. Слева от оси показана эпюра давления sб, справа от оси — эпюра давления s. Глубину h, где давление sh составляет 20 % от бытового sб, принято считать нижней границей сжимаемой толщи грунтов основания (глубиной активного слоя основания).

Давление от фундаментов s непосредственно под подошвой передается неравномерно (рис. 2). Однако при большой жесткости фундамента когда его собственные деформации несоизмеримо малы по сравнению с осадкой основания можно не учитывать криволинейного характера эпюры реактивных давлений, так как это оказывает малое влияние на размеры фундамента, но очень усложняет расчет. Поэтому в строительной практике принято для упрощения пренебрегать упругостью основания и считать, что давления от фундаментов на грунты основания распределяются по линейному закону. При этом условно принимают, что эпюра давления непосредственно под подошвой фундамента в зависимости от величины эксцентриситета е имеет при центральном сжатии форму прямоугольника (рис. 2, а и б), при внецентренном — форму трапеции (рис. 2, в) или треугольника (рис. 3, г и д).

В общем случае ординаты эпюры давления под подошвой жесткого фундамента, при действии вертикальной нагрузки, определяются по формуле:

где P – результирующая вертикальной нагрузки на фундамент; F – площадь подошвы фундамента; Ix, Iy – соответственно, моменты инерции подошвы фундамента относительно осей x и y (см. рис 3).

Схема к расчету давлений под подошвой жестких фундаментов

Если на фундамент действует, кроме вертикальной, горизонтальная нагрузка или опрокидывающий момент, то в этом случае находят опрокидывающий момент, создаваемый горизонтальной нагрузкой, а формула запишется в виде:

где Mx, My – опрокидывающие моменты относительно осей, соответственно, x и y.

Гибкие же фундаменты, величина собственных деформаций которых одного порядка с величиной осадки, следует рассчитывать с учетом упругих свойств грунтов основания. Если не учитывать упругих свойств грунта при сосредоточенной нагрузке, то это может привести к значительным ошибкам и не всегда в запас прочности.

Кроме давления непосредственно под подошвой, проектировщику необходимо также знать закон распределения давления от фундаментов в толще грунтов на глубине двух- или трехкратной ширины подошвы (в пределах сжимаемой толщи). Эти действующие в грунтах давления нужны при определении осадки здания и при проверке прочности подстилающего слоя грунта, если последний слабее слоя, залегающего непосредственно под подошвой фундамента. Как было указано выше, давление s распределяется в глубину и по ширине основания, причем неравномерно как по горизонтальным, так и по вертикальным сечениям. На рис. 4 показаны эпюры давления s в сжимаемой толще грунтов по горизонтальным сечениям на разных глубинах (h1=0,50b; h2=1,0b; h3 =1,5b и так далее), выраженных в единицах ширины подошвы фундаментов b. Ординаты эпюр зависят от давления s под подошвой. Они даны справа и для ленточного фундамента соответственно равны.

Таким образом, зная среднее давление s под подошвой и отношение глубины заложения рассматриваемой горизонтальной площадки к ширине подошвы hi/b, можно легко определить давление в грунтах на любой глубине h, по формуле:

где a – коэффициент, принимаемый по таблице 1.

На том же рис. 5 показаны изобары — точки в грунте основания, испытывающие одинаковое по величине давление.

Исследования показали, что вид грунта оказывает малое влияние на характер распределения давления в толще грунтов. Размеры и форма фундаментов в плане существенно влияют на распределение давления в грунтах. Так, давление на глубине h=b ниже подошвы при квадратном в плане фундаменте равно 34 %, а при ленточном — 55 % от давления s под подошвой (табл. 4).

Таблица 1. Величины коэффициента a

Отношение сторон прямоугольной подошвы фундамента п= а/b
m=hi /b 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,4 2,8 3,2 4 5 N-ый
0,0

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *