Файл: Грунтоведение_лекции.doc

12. Определение осадок при строительстве инженерных сооружений

Факторами, определяющими долговечность сооружений, являются не напряжения в грунте, (если они не достигают предельных величин), а деформации их оснований – осадки. Осадкой основания называется вертикальное перемещение поверхности грунта в результате деформации грунта, расположенного ниже подошвы фундамента.

Расчетная величина полной осадки фундамента, а также разность осадок отдельных его частей не должна превышать некоторых предельных для данного сооружения величин, определенных нормами СниП:

S_расч  S_пред ;  S_расч   S_пред

Как следует из закона уплотнения, изменение пористости грунта  пропорционально действующей нагрузке р: а р.

Это соотношение характеризует компрессионную кривую, описываемую выражением:

_i =₀ –(1+₀),

где ₀ –начальная пористость грунта,

s_i – осадка образца грунта на i-ой ступени нагрузки;

_i – пористость грунта при внешнем давлении р_i.

Выполним элементарные преобразования:

(1+₀)= ₀ –_i; (1+₀)= , т.е. (1+₀)= а р,

Таким образом,

,но .

Следовательно, абсолютная конечная осадка отдельного слоя грунта мощностью h_i

s_i= a₀ h_iP_zi,

где a₀ – коэффициент относительной сжимаемости грунта,

h_i – толщина i-ого слоя грунта,

P_zi – внешнее давление в i-ом слое грунта.

При осадке образца в реальных условиях проявляется боковое расширение грунта, которое необходимо учитывать при определении реальной осадки грунта.

По теории линейно деформируемой среды (в объеме грунта выполняется условие линейной зависимости между деформациями и напряжениями) относительная вертикальная деформация _z элементарного объема грунта толщиной dZ описывается следующим выражением:

_z ,

где _x,_y,_z – главные нормальные напряжения,

Е – модуль деформации,

 - коэффициент относительной поперечной деформации (коэффициент Пуассона).

В обобщенном виде осадку i-ого слоя грунта можно выразить через относительную вертикальную деформацию: s_i =_zih_i.

Минуя преобразования, запишем строгое выражение для осадки i-ого слоя грунта через вертикальную деформацию:

s_i= ;

обозначим  = - коэффициент, характеризующий боковое расширение грунта

(по СНиП  принимается равным 0,8 для всех типов грунтов). Тогда абсолютная осадка i-ого слоя грунта S_i, находящегося на глубине Z, с модулем общей деформации Е_i толщиной h_i при воздействии на него внешнего давления

S_i= . (*)

12.1 Вычисление осадок фундаментов при строительстве инженерных сооружений

Метод послойного суммирования

Метод послойного элементарного суммирования заключается в том, что осадку грунта под действием нагрузки от сооружения определяют как сумму осадок элементарных слоев грунта толщиной h_i = (0,2-0,4)b, гдеb –ширина фундамента по его подошве. Сжатие каждого элементарного слоя происходит под влиянием среднего давления, которое приближенно принимается равным полусумме вертикальных напряжений_я,, возникающих на верхней и нижней границах рассматриваемого элементарного слоя толщинойh_i .

При этом распределение вертикальных сжимающих напряжений в линейно-деформируемом полупространстве принимается в соответствии со схемой, приведенной на рисунке.

Рис 12.1. Схема распределения вертикальных сжимающих напряжений.

DL - отметка планировки;

NL – отметка поверхности природного рельефа;

FL – отметка подошвы фундамента;

WL – уровень подземных вод;

BC – нижняя граница сжимаемой толщи;

d и d_n -глубина заложения фундамента соответственно от уровня планировки

и поверхности природного рельефа;

b - ширина фундамента;

p – среднее давление под подошвой фундамента;

p₀ - дополнительное давление на основание;

 _zg0 -вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента;

_zg– вертикальное напряжение от собственного веса грунта на глубинеzот подошвы фундамента;

 _zp0 - дополнительное вертикальное напряжение от внешней нагрузки на уровне подошвы фундамента;

 _zp - дополнительное вертикальное напряжение от внешней нагрузки на глубинеzот подошвы фундамента;

H_с- глубина сжимаемой толщи.

 _zg0 – вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента:

 _zg0 = d – при планировке срезкой;

 _zg0 = d_n – при отсутствии планировки и планировке подсыпкой;

 - удельный вес грунта, расположенного выше подошвы фундамента

(d и d_n – обозначены на рисунке);

 _zg - вертикальное напряжение от собственного веса грунта на границе слоя,

расположенного глубинеzот подошвы фундамента определяется по

формуле:

 _zg=   d_n _i  h_i

_i – удельный вес i – ого слоя грунта.

Удельный вес грунтов, залегающих ниже уровня подземных вод, но выше водоупора, должен приниматься с учетом взвешивающего действия воды.

P - среднее давление под подошвой фундамента;

P₀=P- _zg0 – дополнительное вертикальное давление на основание.

Дополнительным давлением P₀ называется то давление, под действием которого грунт дополнительно уплотняется. В природном состоянии он уже уплотнен давлением от собственного веса. Дополнительное давление на уровне подошвы фыундамента вычисляется, как разность между давлением от сооружения P и природным (или бытовым) давлением от веса толщи грунта выше подошвы фундамента, вынимаемого при закладке фундамента Р_б=h_ф.

Дополнительные вертикальные напряжения на глубине zот подошвы фундамента:

 _zp – по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента;

 _zpс – по вертикали, проходящей через угловую точку прямоугольног фундамента

определяются по формулам:

 _zp=P₀ ; _zpс = (/4)  p₀

 - коэффициент, определяемый по таблице 12.1 в зависимости от формы подошвы фундамента, соотношения сторон прямоугольного фундамента и относительной глубины  = 2z/b при определении  _zp и  = z/b при определении  _zpс.

Нижняя граница сжимаемой толщи основания принимается на глубине z=H_c, где выполняется условие  _zp=0,2 _zg, здесь  _zp – дополнительное вертикальное напряжение на глубине z=H_c, по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента.

Если найденная нижняя граница сжимаемой толщи находится в слое грунта с модулем деформации Е< 5 Мпа (50кГ/см²) или такой слой залегает непосредственно ниже глубины z=H_c, то нижняя граница сжимаемой толщи определяется, исходя из условия  _zp=0,1 _zg,

Осадка основания Sс использованием расчетной схемы в виде линейно деформируемого полупространства определяется методом послойного суммирования по формуле:

, где  - безразмерный коэффициент, равный 0,8;