Расчет усадки фундамента: разновидности и методы

Расчеты фундаментов методом послойного суммирования реализуются при вычислении осадки фундамента с ограниченной геометрией. Особенности метода: Если габариты основания объекта намного больше мощности грунта, сжимающегося под давлением фундамента, то сжатие грунта считается протекающим без боковых сил расширения на фундамент. Кроме послойного суммирования, осадка фундамента может рассчитываться несколькими способами, но, если необходимо сделать расчет осадки основания отдельно смонтированного и учесть воздействие влияние грунта и других внешних сил, то расчет осадки фундамента методом послойного суммирования представляется самым точным.

Несколько схем расчета по методике суммирования усадки слоев грунта
Несколько схем расчета по методике суммирования усадки слоев грунта


 

Правильное применение

Точность расчетов заключается в том, что определяются не только основополагающие параметры осадок грунта, но и вторичные факторы, могущие возникать в конкретных сооружениях согласно расчетному напряжению.

Точный расчет осадки фундамента проводится для того, чтобы:

  1. Вычислить осадку отдельной основы или группы находящихся рядом фундаментов, а также присоединенных к ним оснований;
  2. Произвести точные расчеты осадки фундамента, построенного их разнородных стройматериалов. Значения осадочных свойств и физических параметров фундамента изменяются с изменением модуля деформации по мере увеличения заглубления основания;
  3. Методика расчета осадок фундаментов помогает точно вычислить осадочные параметры основания по группе вертикальных осей, при этом значения угловых переменных можно не учитывать, а пользоваться периферийными или центральными значениями. Но реализовать это условие возможно, если по периметру фундамента проходят равномерные и структурно одинаковые слои грунта.
Расчеты оснований под ленточные фундаменты
Расчеты оснований под ленточные фундаменты

Осадочные явления в фундаменте могут возникать от воздействия рядом стоящих оснований, так как при возрастании нагрузки на основу сооружения будет происходить просадка грунта, и, чем мощнее и тяжелее фундамент, тем сильнее будут осадочные явления. При проектировании и составлении схем расчетов основания фундамента создание этюдов осадок представляет определенные трудности, так как требуется точно рассчитать по вертикальной оси вертикали усилия, возникающие от прилагаемых усилий на грунт и на боковые стенки основания от рядом стоящих фундаментов.

Для таких сложных расчетов используются экспериментальные формулы, и точки напряжений в фундаменте зачастую вычисляют проведением расчетов угловых точек, а результаты вычислений иногда определяются как оптимально возможные для конкретного фундамента на слоистом грунте.

Распределение напряжений по вертикальным осям
Распределение напряжений по вертикальным осям
 

Важность расчетов

На практике случается так, что фундамент имеет низкую прочность на изгибание и может деформироваться из-за увеличенных линейных габаритов основы и недостаточной толщины фундамента. Основная область применения расчета осадки по методике послойного суммирования — расчет прочности фундамента ленточного типа, так как именно для таких оснований невозможно гарантировать максимальную предельную нагрузку на почву в расчете на квадратный метр площади, из-за чего осадочные явления могут проявлять себя хаотически, и в любых локальных участках основания.

Параметры расчета ленточного фундамента, необходимые выкладки и вспомогательные характеристики регламентированы СНиП 2.02.01-83, а практический пример расчета поможет детальнее разобраться в методике.

Выдержка из СНиП 2.02.01-83
Выдержка из СНиП 2.02.01-83

Принятые обозначения при расчетах осадки фундамента ленточного типа

  1. S — значение осадки;
  2. δzϐn – усредненное напряжение по вертикальной оси в n-м слое почвы;
  3. hn, En – толщина деформации и модуль деформации n-го слоя почвы;
  4. γn – удельная масса почвы в n -ом слое;
  5. hn — толщина n-го слоя почвы;
  6. ϐ = 0,8 –коэффициент для любых типов грунтов.

В качестве примера возьмем ленточную основу фундамента с шириной 1200 мм (b) и заложением на глубину 1800 мм (d).

Схема слоя грунта линейно деформируемого
Схема слоя грунта линейно деформируемого

В примере фундамент обустраивается на грунте, состоящем из 3-х разнородных слоев почвы. Суммарное давление на грунт под основанием ≈ 285000 кг•м−1•с−2. Для слоев определены следующие значения:

  1. Первый слой — сухой грунт со средними значениями пористости и плотности, главная составляющая грунта –песок с мелкой зернистостью, пористостью ҽ1 = 0,65; плотностью γ1 = 18,70 кН/м³, уровнем деформации Е1 = 14400000 кг•м−1•с−2;
  2. Второй слой – влажный песок крупных фракций с плотностью, пористостью и степенью деформацией: ҽ2 = 0,60, γ2 = 19,20 кН/м³; Е2 = 18600000 кг•м−1•с−2;
  3. Третий слой грунта – суглинистая почва с показателями: ҽ3 = 0,180; γ3 = 18,50 кН/м³; Е3 = 15300000 кг•м−1•с−2;

В примере мы используем данные об исследованиях грунта от геодезической и геологической региональных служб, согласно которым грунтовые воды на участке застройки залегают на глубине 3800 мм. Такая глубина залегания некритична даже для глубокозаглубленных основ, и влияние грунтовых вод на прочность можно считать минимальным, а на практике – нулевым.

Слои грунта в разрезе
Слои грунта в разрезе

Так как стандартные расчеты послойного суммирования основан на том, что создаются несколько этюдов напряжений в почве по вертикальным осям, то для их создания и расчета предельных нагрузок на грунт будем использовать следующие факторы:

  • Верхний уровень поверхности δzϐ ≈ 0, на уровне подошвы фундамента 1800 мм δzϐ0 = γ1d = 18,7Κ • 1,8 = 33660 кг•м−1•с−2;

Затем рассчитываются ординаты эпюр вертикальных напряжений на пересечениях слоев почвы:

  • δzϐ1 = δzϐ 0 + (h1-d) = 33,66 + (2,8 • 1,8) • 18,7 = 52360000 кг•м−1•с−2; и δzϐ2 = δzg1 + γsbh2 = 52,36 + 10,38 • 4,2 = 95940000 кг•м−1•с−2.

Принимаем во внимание, что средний (второй) слой грунта — влагонасыщенный, поэтому необходимо рассчитать максимальное давление водяного столба:

  • γsb1 = (γs2 — γw) / (1 + ҽ2) = (26,6 — 10,0) / (1 + 0,60) = 10380000 кг•м−1•с−2;
  • γsb2 = (γs2 — Yw) / (1 + ҽ2) = (26,6 — 10,0) / (1 + 0,601) = 10,380000 кг•м−1•с−2.

Из расчетов и их описания понятно, что на третий грунтовый слой давят не только верхние слои почвы – на него давит и столб воды, поэтому методы расчета осадок эпюр напряжений по нижнему уровню основания должны учитывать следующие моменты:

  • δzϐ3 = δzϐ1 + + γ3 • h3 = 95,94 + 18,5 • 6,0 = 251340000 кг•м−1•с−2.

А также давление под нижним уровнем фундамента:

  • P0 = P — δ0 = 285,0 — 33,66 = 251340000 кг•м−1•с−2.

Значения этюдов напряжений берутся из таблиц СНиП 2.02.01-83, и согласно подставленным значениям осадка первого слоя грунта S1 будет равна:

  • S1 = 0,8 • 50 / 14400 • ((251,43 + 215,0) / 2 + (215,0 + 158,0) / 2)) = 11,6 мм.

Формула расчета для осадки второго слоя грунта с крупнозернистым песком:

  • S2 = 0,8 • 50 / 18600 • ((158,0 + 120,0) / 2) + (120,0 + 90,0) / 2 + (90,0 + 75,0) / 2 + (75,0 + 62,0) / 2 + (62,0 + 54,0) / 2 + (54,0 + 49,0) / 2 + (49,0 + 46,0) / 2) + (46,0 + 43,0) / 2 • (0,8 • 20 / 18600) = 1,34 + 0,04 = 138 мм.

Формула расчета для осадки третьего слоя грунта из суглинка:

  • S3 = 0,8 / 15300 • (50 • 37,5 + 30 • 33,0) = 1,5 мм.

Суммарная осадка основания объекта составляет:

  • S = S1 + S2 + S3 = 1,16 + 1,38 + 0,15 = 26,9 мм.

Если сравнить результаты с параметрами, регламентированными СНиП для объектов, стоящих на ленточном основании на указанных типах почвы, значение осадки расположено нормативных пределах.

Чем примечательна методика послойного суммирования осадок

  1. Применяя метод послойного суммирования осадок грунта, легко просчитывается осадка любых типов фундаментов, невзирая на их геометрию, структуру и габариты;
  2. Методика позволяет манипулировать множеством параметров грунтовых слоев с учетом уровня залегания грунтовых вод;
  3. Этим способом можно точно рассчитывать монолитные и линейные фундаменты с использованием значений напряжений в скальных породах грунта под фундаментом;
  4. Реализация этой методики позволяет пользоваться не только методом расчета угловых переменных, но и для расчета всевозможных разрезов по вертикали.
Компьютерная программа для расчета оснований сооружений
Компьютерная программа для расчета оснований сооружений


У этой методики существуют недостатки: Это довольно сложные ручные расчеты (если не пользоваться специальными онлайн или компьютерными программами), поэтому любителю оперирование формулами недоступно. Методика расчетов занимает много времени, поэтому чаще всего применяется для расчетов фундаментов крупных, тяжелых и массивных строительных объектов с основанием глубокого заложения. В индивидуальном строительстве метод непрактичен, поэтому не применяется.

Расчет усадки фундамента: разновидности и методы обновлено: Октябрь 1, 2017 автором: zoomfund

 

Автор статьи
Моисеев Виктор Викторович
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5
Загрузка...

Подготовил
Моисеев Виктор Викторович

Задать вопрос специалисту
Читайте по теме

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *