Вказівки з розрахунку осідання фундаменту метоДом пошарового підсумовування

 

Осідання розраховують цим методом в такій послідовності.

1. Товщу ґрунтового масиву, починаючи від підошви фундаменту, розбивають на шари товщиною не більше 0,2b (b – ширина фундаменту). При цьому межа між шарами з різними модулями деформації повинна бути і межею між шарами методу. Початково ґрунтову товщу під фундаментом розбивають на шари до глибини ≈2b.

2. Визначають середній тиск під підошвою фундаменту р за формулою (7).

3. Визначають вертикальне напруження від власної ваги ґрунту на рівні підошви фундаменту σ_zg,0' до початку будівництва

σ_zg,0' = γ^'d_n,

де γ^' – усереднене значення питомої ваги ґрунту, розташованого вище підошви фундаменту;

d_n – глибина закладання фундаменту від рівня природного рельєфу (для виконання завдання приймаємо d_n = d).

Усереднення характеристик ґрунту при багатошаровій основі, яка складається із шарів товщиною h₁, h₂,…., здійснюється за формулою (10).

4. Будують епюру вертикальних напружень за глибиною σ_zp.i, яка має вигляд, показаний на рис. 1. Ординати епюри визначаються по межах шарів ґрунту, на які розбита стислива товща, за формулою

s_z,pi = ap, (11)

де α – коефіцієнт затухання напружень з глибиною, який приймається за [6, 8] у залежності від коефіцієнтів ξ = 2Z_і/b; η = l/b;

Z_i – глибина розташування точки, в якій визначається σ_zp.i, від підошви фундаменту.

5. Будують епюру вертикальних напружень від власної ваги ґрунту по глибині основи σ_zg,і після зведення будівлі (див. рис. 1). Вертикальне напруження від власної ваги ґрунту на межі шару, розташованого на глибині Z від підошви фундаменту, визначається за формулою

(12)

де γ_і та h_i – відповідно питома вага та товщина шарів ґрунту, які лежать

у межах глибини Z (у межах цієї глибини кількість шарів дорівнює m).

 

 

Рисунок 1 – Епюри напружень під підошвою фундаменту за методом пошарового підсумовування

 

Питома вага ґрунтів, розташованих нижче рівня підземних вод, але вище водоупору, повинна прийматись з урахуванням виважувальної дії води (за винятком глин). Питома вага ґрунту з урахуванням виважувальної дії води визначається за формулою

(13)

де γ_w – питома вага води (10 кН/м³).

При визначенні σ_zg у водоупорному шарі належить врахувати тиск стовпа води, розташованого вище даної глибини.

6. Будують епюру вертикальних напружень від власної ваги ґрунту, знятого в котловані до рівня підошви фундаменту, σ_zγ,і по глибині основи

(див. рис. 1). Вертикальне напруження σ_zγ,і на межі шару, розташованого на глибині Z від підошви фундаменту, визначається за формулою

s_zγ,i = a_к σ_zg,0', (14)

де α_к – коефіцієнт затухання напружень з глибиною, який приймається за [6] у залежності від коефіцієнтів ξ = 2Z_і/b_к; η = l_к/b_к;

l_к та b_к – відповідно довжина і ширина котловану.

7. Визначають положення межі стисливої товщі основи. Вона приймається на глибині Z_i = Н_с, де виконується умова

σ_zp.i ≤ k σ_zg, (15)

де а) k = 0,2 при b ≤ 5 м;

б) k = 0,5 при b > 20 м;

в) при 5 < b ≤ 20 м k визначають інтерполяцією.

Побудова епюр σ_zp, σ_zg та σ_zγ обмежується цією глибиною.

Якщо в межах глибини Н_с, знайденої за вказаними вище умовами, залягає шар ґрунту з модулем деформації Е > 100 МПа, стисливу товщу допускається приймати до покрівлі цього ґрунту.

Якщо знайдена за умови (15) межа стисливої товщі знаходиться в шарі ґрунту з модулем деформації Е < 5 МПа, нижня межа цієї товщі визначається згідно з умовою σ_zp ≤ 0,1 σ_zg.

8. Визначають осідання кожного із шарів, на які розбита товща ґрунтового масиву в межах глибини Н_с. Осідання і-того шару

(16)

де β – безрозмірний коефіцієнт, який дорівнює 0,8;

σ_zp,ісер. – середнє значення вертикального напруження від зовнішнього навантаження в і-тому шарі ґрунту, яке дорівнює півсумі вказаних напружень на верхній Z_i-1 та нижній Z_i межах шару

(17)

h_i – товщина і-того шару ґрунту;

Е_і - модуль деформації цього шару за гілкою первинного навантаження;

σ_{zγ,ісер.} – середнє значення вертикального напруження від власної ваги ґрунту, вийнятого з котловану, в і-тому шарі ґрунту, яке дорівнює півсумі вказаних напружень на верхній Z_i-1 та нижній Z_i межах шару

(18)

Е_е,і - модуль деформації і-го шару ґрунту за гілкою вторинного навантаження (модуль пружності).

Е_і та Е_е,і визначаються в межах діючих навантажень від власної ваги ґрунту і будівлі. При відсутності даних випробувань модуль деформації Е_е,і для споруд рівнів відповідальності СС1, СС2 допускається приймати Е_е,і = 5 Е_і.

9. Визначають повне осідання основи додаванням осідань окремих шарів

(19)

де n – кількість шарів, на які розбита стислива товща основи (в межах Н_с).

10. При розрахунках осідань фундаментів, що зводять у котлованах глибиною менше ніж 5 м, допускається у формулі (16) не враховувати другу складову.

11. Одержане значення розрахункового осідання основи порівнюють з гранично допустимим значенням осідання S_u, яке визначається за [6].

Якщо гранична нерівність S ≤ S_u виконується, то розрахунок можемо вважати закінченим, у іншому випадку необхідно збільшити розміри підошви фундаменту та повторити розрахунок осідання.

 

ПРИКЛАДИ РОЗРАХУНКУ

6.1 Аналіз інженерно-геологічних умов будівельного майданчика (підготовка даних для розрахунку)

 

Вихідні дані.

Найменуван-ня ґрунту	Потужність шару, м	γІІ, кН/м3	γs кН/м3	W	WL	Wр	φІІ, град.	СІІ, кПа		р, кПа	s, м
Насипний шар (суглинистий)	0,5-1,2	16,4	26,0	0,20	-	-	-	-	-	-	-
Суглинок буро-вато-жовтий	3,1-3,9	17,4	26,8	0,20	0,32	0,20			0,34		0,0030 0,0072 0,0111 0,0212
Супісок з гніздами піску	0,8-1,3	17,9	26,7	0,13	0,20	0,14	-	-	0,31	-	-
Суглинок жовтий	1,0-1,6	17,9	26,8	0,17	0,28	0,18	-	-	0,35	-	-
Пісок пилуватий	Не обмеж.	18,5	26,4	0,21	-	-	-	-	0,28	-	-

Рівень ґрунтових вод – 7,0 м.

 

За даними інженерно-геологічних вишукувань встановлюємо типи ґрунтів та визначаємо їх характеристики.

Число пластичності для глинистих ґрунтів з уточненням їх виду:

Показник текучості для глинистих ґрунтів з визначенням стану за консистенцією:

Для кожного типу ґрунта визначаємо коефіцієнт пористості в природному стані і для піщаних ґрунтів визначаємо щільність складення:

Для кожного типу ґрунту визначаємо ступінь вологості і для піщаних ґрунтів визначаємо ступінь заповнення пор водою:

Для суглинок буровато-жовтого, де є випробування штампом, визначаємо модуль деформації Е на прямолінійній ділянці графіка деформування (рис. 2):

,

де Р – питомий тиск на штамп, кПа;

А – площа штампа, А=0,5м²;

d – діаметр штампа, d=1,13 =1,13 0,5=0,8м;

S – осідання штампа, м;

- коефіцієнт Пуасона.

Рисунок 2 – Графік деформування ґрунту ІГЕ2

 

Інші характеристики с, і Е визначаємо за таблицями норм [6].

Для розрахунку попередніх розмірів фундаментів визначають розрахункові опори ґрунтів R₀ за таблицями норм [6].

Всі результати зводимо до табл. 6. На рисунку 3 показаний інженерно-геологічний розріз будівельного майданчику.

 

Таблиця 6 - Фізико-механічні характеристики ґрунтів

Найменування ґрунту	γІІ, кН/м3	γs кН/м3	W	WL	Wр	Ір	І1	e	Sr	СІІ, кПа	φІІ, град.		Е, МПа	Ro, кПа
Насипний шар (суглинистий)	16,4	26,0	0,20	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
Суглинок буро-вато-жовтий, напівтіердий	17,4	26,8	0,20	0,32	0,20	0,12		0,85	0,63			0,34	15,6
Супісок з гніздами піску, твердий	17,9	26,7	0,13	0,20	0,14	0,06	<0	0,69	0,50			0,31
Суглинок жовтий, твердий	17,9	26,8	0,17	0,28	0,18	0,10	<0	0,75	0,61			0,35
Пісок пилуватий, сер. щільн., вологий	18,5	26,4	0,21	-	-	-	-	0,73	0,76			0,28

Рівень ґрунтових вод – 7,0 м.

 

Рисунок 3 – Інженерно-геологічний розріз