Д.4 При розрахунках осідань фундаментів, що зводять у котлованах глибиною менше ніж 5 м, допускається у формулі (Д.1) не враховувати другу складову.
Д.5 Якщо середній тиск під підошвою фундаменту р ≤ σzg,0, осідання фундаменту визначають за формулою
s = ,(Д.4)
де β, σzp,i, hi, Ее,і,n - такі самі, що і у формулі (Д.1).
Д.6 Розрахунки осідань системи власних фундаментів будівлі, а також з врахуванням тих, що розташовані поруч, необхідно виконувати з урахуванням взаємного впливу. Такі розрахунки виконують з використанням розрахункової схеми у вигляді лінійно-деформованого півпростору (7.6.8) і методу пошаровогого підсумовування. Осідання s обчислюють за формулою (Д.1), де напруження в основі від одного фундаменту σzp,i необхідно замінити на σzp,nj, яке враховує також напруження від впливаючих фундаментів, де j - номер фундаменту, що розраховується. При цьому розподіл вертикальних нормальних напружень в плані і по глибині основи приймають згідно зі схемою на рисунку Д.2.
2 - номер фундаменту, що розраховується; 1, 3 - номери впливаючих фундаментів; b1, b2, i b3 - ширини фундаментів; Вк - ширина котловану; σ2zp,0 = р2 - середній тиск (напруження) під підошвою фундаменту 2, що розподіляється з глибиною z; σ1zp, σ2zp, σ3zp - розподілення вертикальних напружень від фундаментів 1, 2 і 3 в основі системи фундаментів за моделлю лінійно-деформованого півпростору; σzp,n2 - сумарні вертикальні напруження від системи фундаментів (σ1zp, σ2zp і σ3zp) на глибині z під підошвою фундаменту 2, що розраховується; інші позначення див. на рисунку Д.1
Рисунок Д.2 - Схема розподілу вертикальних напружень в основі системи фундаментів згідно з моделлю лінійно-деформованого півпростору
Розподіл напружень від дії тиску р під фундаментом в довільній точці А півпростору розраховують за формулою (Д.5) або з використанням методу кутових точок (Д.7)
де p - те саме, що і в (Д.2);
π = 3,14159;
х, у, z - декартові координати точки А у півпросторі;
m, n - відповідно півдовжина і півширина фундаменту на контакті з основою (рисунок Д.З).
Рисунок Д.З - Прив'язка дакартової систами координат до контактної поверхні фундаменту з основою для визначення вертикальних нормальних напруженнь в довільній точці А згідно з моделлю лінійно-деформованого півпростору за формулою (Д.5)
Д.7 Вертикальні напруження від зовнішнього навантаження на глибині z від підошви фундаменту σzp,c, на вертикалі, що проходить через кутову точку прямокутного фундаменту, визначаються за формулою
σzp,c = α р/4, (Д.6)
де α - коефіцієнт, що приймається за таблицею Д.1 в залежності від значення ς = z/b;
р - те саме, що і у формулі (Д.2).
Д.8 Вертикальні напруження σzp,α на глибині z від підошви фундаменту на вертикалі, що проходить через будь-яку точку А (в межах або за межами фундаменту, що розглядається, з тиском по підошві, який дорівнює р), обчислюють методом "кутових точок" алгебраїчним підсумовуванням напружень σzp,cj у кутових точках чотирьох фіктивних фундаментів (рисунок Д.4) за формулою
σzp,α = . (Д.7)
a - схема розташування фундаменту 1, що розраховується, і 2, що впливає; б - схема розташування фіктивних фундаментів із указівкою знака напружень σzp,cj у формулі (Д.6) під кутом j-го фундаменту.
Рисунок Д.4 - Схема до визначення методом "кутових точок" додаткових вертикальних напружень σzp,α в основі фундаменту, що розраховується, з урахуванням впливу сусіднього фундаменту
Д.9 Вертикальні напруження σzp,nf на глибині z від підошви фундаменту на вертикалі, що проходить через центр фундаменту, який розраховується, з урахуванням впливу суміжних фундаментів або навантажень на прилеглі площі, обчислюють за формулою
σzp,nf = σzp + (Д.7а)
де σzp - те саме, що і у формулі (Д.2);
σzp,ai - вертикальне напруження від сусіднього фундаменту чи навантаження;
k - кількість впливаючих фундаментів або навантажень.
При суцільному рівномірно розподіленому навантаженні на поверхні землі інтенсивністю q (наприклад, від ваги планувального насипу) значення σzp,ai за формулою (Д.7) для будь якої глибини визначають за формулою σzp,nf = σzp + q.
Вертикальне напруження від власної ваги ґрунту σzg на межі шару, розташованого на глибині z від підошви фундаменту, обчислюють за формулою
σzg = γ'dn + . (Д.8)
де γ' - питома вага грунту, розташованого вище підошви фундаменту;
dn - див. позначення на рисунку Д.1;
γi та hi - відповідно питома вага і товщина i-го шару ґрунту.
Питому вагу ґрунтів, що залягають нижче рівня підземних вод, але вище водоупору, необхідно приймати з урахуванням виважувальної дії води.
При визначенні σzg у водотривкому шарі і нижче необхідно враховувати тиск стовпа води, який розташований вище водотривкого шару.
Д.10 Нижню межу стисливої товщі основи приймають на глибині z = Нс, де виконується умова σzp = kσzg,
де a) k = 0,2 при b ≤ 5 м; б) k = 0,5 при b > 20 м; в) при 5 < b ≤ 20 м k визначають інтерполяцією.
σzp, σzg - визначають за формулами (Д.2), (Д.8). При цьому глибина стисливої товщі не повинна бути менше b/2 при b ≤ 10 м та (4 + 0,1b) при b > 10 м.
Якщо в межах глибини Нс, знайденої за вказаними вище умовами, залягає шар грунту з модулем деформації Е > 100 МПа, стисливу товщу допускається приймати до покрівлі цього грунту.
Якщо знайдена за вказаними вище умовами нижня межа стисливої товщі розташована в шарі ґрунту з модулем деформації Е < 5 МПа або такий шар залягає безпосередньо нижче глибини z = Нс, то цей шар включають у стисливу товщу, а за Нс приймають менше із значень, що відповідає підошві шару чи глибині, де виконується умова σzp =0,1 σzg.
Д.11 Для швидкого визначення величин осідань фундаментів, а також при варіантному проектуванні з метою вибору оптимальної конструкції фундаменту допускається користуватися формулою, яка базується на рішеннях лінійно-деформованого півпростору (при нижній межі стисливої товщі на глибині, де величина додаткових напружень стиску становить 0,1р) і не потребує додаткових допоміжних таблиць і графічних побудов
S = 1,44 ,(Д.9)
Д.12 Для багатошарових основ величину осередненого модуля деформації Ес в межах стисливої товщі Нс обчислюють за формулою
Ес = ,(Д.10)
де Еi - модуль деформації i-го шару основи;
zi - відстань від середини i-го шару до нижньої межі стисливої товщі основи Нс;
Нс - глибина стисливої товщі, яку обчислюють за формулою
Нс = k b, (Д.11)
де k - коефіцієнт, що приймають за таблицею Д.2.
Таблиця Д.2 - Коефіцієнт k
|
η = l/b |
Круглий фундамент |
1,0 |
1,2 |
1,4 |
1,8 |
2,0 |
2,4 |
3,2 |
5,0 |
6,0 і більше (стрічка) |
|
k |
1,8 |
2,0 |
2,2 |
2,4 |
2,8 |
3,0 |
3,4 |
3,8 |
4,3 |
6,0 |
РОЗРАХУНОК КРЕНУ ФУНДАМЕНТУ
Д. 13 Крен фундаменту і за умови дії на нього позацентрового навантаження обчислюють за формулою
i = .(Д.12)
де Е і ν - відповідно модуль деформації і коефіцієнт поперечної деформації ґрунту основи;
значення ν приймають згідно з ДСТУ Б.В.2.1-4. У випадку неоднорідної основи величини Е і ν приймають середніми в межах стисливої товщі за формулами (Д.13), (Д.14);
ke - коефіцієнт, що приймають за таблицею Д.3;
N - вертикальна складова рівнодіючої всіх навантажень на фундамент у рівні його підошви;
е - ексцентриситет;
а - діаметр круглого або сторона прямокутного фундаменту, в напрямку якої діє момент; для фундаменту з підошвою у формі правильного багатокутника площею А приймають a = 2.
Таблиця Д.З - Коефіцієнт ke
|
Форма фундаменту і напрям дії моменту |
Коефіцієнт ke при η = l/b |
||||||
|
|
1 |
1,2 |
1,5 |
2 |
3 |
5 |
10 |
|
Прямокутний з моментом уздовж більшої сторони |
0,50 |
0,57 |
0,68 |
0,82 |
1,17 |
1,42 |
2,00 |
|
Прямокутний з моментом уздовж меншої сторони |
0,50 |
0,43 |
0,36 |
0,28 |
0,20 |
0,12 |
0,07 |
|
Круглий |
0,75 |
Середнє (в межах стисливої товщі Нс) значення модуля деформації Ē і коефіцієнта поперечної деформації ґрунтів основи обчислюють за формулами:
;(Д.13)
= , (Д.14)
де А - площа епюри вертикальних напружень від одиничного тиску під підошвою фундаменту в межах i-го шару ґрунту; допускається приймати Ai = σzp,i hi (див. Д.1);
Ei, νi, hi - відповідно модуль деформації, коефіцієнт поперечної деформації і товщина i-го шару ґрунту;
Нс - стислива товщина шару, яку визначають за Д.10;
n - кількість шарів, що відрізняються значеннями E і ν в межах стисливої товщі Нс.
ОБЧИСЛЕННЯ ПРОСІДАНЬ ГРУНТІВ ОСНОВИ
Д. 14 Просідання ґрунтів ssl основи при підвищенні їх вологості внаслідок замочування зверху великих площ або при витоках із водонесучих мереж, а також замочування знизу при підйомі рівня підземних вод обчислюють для сумарних напружень від дії власної ваги грунту і розподільних навантажень від системи фундаментів за формулою
ssl = ,(Д.15)
де εsl,i - відносна просадочність i-го шару ґрунту, що обчислюється згідно з формулою (Д.16);
hi - товщина i-го шару;
ksl,i - коефіцієнт, що обраховують згідно з Д.16;
n - кількість шарів, на які розділена зона просідання hsl у відповідності з літологічним перерізом і горизонтами визначення εsl,i. При цьому товща шарів не повинна перевищувати 2 м, зміна сумарного напруження у межах шару не повинна перевищувати 200 кПа,
Д.15 Відносну просадочність ґрунту εsl обчислюють на основі випробувань зразків ґрунту на стиск у лабораторних умовах (ДСТУ Б В.2.1-22) за формулою
εsl = , (Д.16)
де hn,p та hsat.p - висота зразка відповідно природної вологості і після його повного водонасичення (w = wsat) при тиску р на розрахунковій глибині, що дорівнює вертикальному сумарному напруженню від зовнішнього навантаження і власної ваги ґрунту р = σzp + σzg.
Випробування виконують у діапазоні діючих сумарних напружень за методами однієї або двох кривих. Будують шкалу відносної просадочності в залежності від напружень.
У подальших розрахунках слід розрізняти просідання від власної ваги грунту ssl,g і від навантажень системи фундаментів ssl,p (ДБН В.1.1-5). Перша з них у розрахунках використовується для визначення деформаційних впливів на споруду, а друга - для визначення жорсткості основи, яка зменшується. Послідовність розрахунків наступна. Спочатку визначається просідання ssl, від сумарних напружень за формулою (Д.15) за значеннями εsl для σzp + σzg; потім просідання ssl,g від власної ваги грунту за формулою (Д.15) за значеннями εsl для σzg, і нарешті просідання від навантажень фундаментів, як ssl,p = ssl - ssl,g. Розрахунки виконують в межах просадочної товщі Hsl.
Відносну просадочність ε'sl ґрунту при його неповному водонасиченні (wsi ≤ w < wsat) обчислюють за формулою
ε'sl = 0,01 ,(Д.17)
де w - природна вологість ґрунту;
wsat - вологість, яка відповідає повному водонасиченню ґрунту;
wsl - початкова вологість просадочності;
εsl - відносна просадочність ґрунту при його повному водонасиченні, яку обчислюють за формулою (Д.16).
Д.16 Коефіцієнт ksl,i у формулі (Д.15):
ksl,i = 0,5 + 1,5(p - psl,i)/p0,(Д.18)
де р - середній тиск під підошвою фундаменту, кПа;
psl,I - початковий тиск просідання ґрунту i-го шару, кПа, що обчислюють згідно з Д.17;
р0 - тиск, що дорівнює 100 кПа;
- при 3 м < b < 12 м обчислюють інтерполяцією поміж значеннями ksl,i, які знайдені при b = 3 м та b = 12 м.
При визначенні просідання грунту від власної ваги слід приймати:
ksl = 1 при Hsl ≤ 15 м, ksl = 1,25 при Hsl ≥ 20 м, ksl - за інтерполяцією при 15 < Hsl < 20.
Д.17 За початковий тиск просідання psl приймають тиск, який відповідає:
Д.18 Товщину зони просідання Hsl розподіляють на дві складові, що необхідно при розробленні геотехнічних заходів захисту будівлі від можливих впливів просідання основи (рисунок Д.5):
-hsl,p - товщину верхньої зони просідання, де можливе просідання від зовнішнього навантаження ssl,p, при цьому нижня межа цієї зони відповідає глибині, де σz = σzp + σzg > рsl (рисунок Д.5а,б) або глибині, де значення ssl - ssl,g > 0, якщо σz > psl (рисунок Д.5в);
-hsl,g - товщину нижньої зони просідання, де можливе просідання ґрунту від власної ваги ssl,g, тобто починаючи з глибини zg, де σzg = psl, і до нижньої межі просадочної товщі.
Д.19 Можливе просідання ґрунту від власної ваги s'sl,g при замочуванні зверху малих площ (ширина площі, що замочується, Вω, менша розміру просадочної товщі Нsl) обчислюють за формулою
s'sl,g = ssl,g ,(Д.19)
де ssl,g - максимальне значення просідання ґрунту від власної ваги, що обчислюють згідно з Д.14.
а - просідання від власної ваги ssl,g відсутнє, можливе тільки просідання від зовнішнього навантаження ssl,p у верхній зоні просідання hsl,p; б, в, г - можливе просідання від власної ваги ssl,g у нижній зоні просідання hsl,g, починаючи з глибини zg; б - верхня і нижня зони просідання не зливаються, є нейтральна зона hn; в - верхня і нижня зони просідання зливаються і можливе їх перехрещення; г - просідання від зовнішнього навантаження відсутнє; 1- вертикальні напруження від власної ваги ґрунту σzg; 2 - сумарні вертикальні напруження від зовнішнього навантаження і власної ваги ґрунту σz = σzp + σzg; 3 - зміна з глибиною початкового просадочного тиску psl; Hsl - товщина шару просадочних ґрунтів (просадочна товща); d - глибина закладання фундаменту.
