5.6. РАСЧЕТ ОСНОВАНИЙ ПО НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ

5.6.1. Общие положения

Расчет оснований по несущей способности сводится к определению предельной нагрузки, при которой у сооружений, передающих основанию доминирующую сдвигающую нагрузку, происходит сдвиг, связанный с резко развивающимися прогрессирующими перемещениями с захватом части массива грунта основания или непосредственно по подошве (рис. 5,33, а); у сооружений, опирающихся на фундаменты мелкого заложения и передающих основанию доминирующую вертикальную нагрузку, происходит выпирание грунта основания из-под фундамента и связанное с этим резкое, прогрессирующее нарастание вертикальных перемещений (рис. 5.33, б); у сооружений, имеющих фундаменты глубокого заложения, нарастание осадок происходит одновременно с увеличением нагрузки (рис. 5.33, в).

Зависимости перемещений штампов от нагрузки, получаемые при штамповых испытаниях грунта, для указанных выше трех случаев представлены на рис. 5.33.

При потере несущей способности основания образуются поверхности скольжения, охватывающие всю подошву фундамента или сооружения. В каждой точке поверхности скольжения по теории прочности Мора-Кулона между нормальными σ и касательными τ напряжениями выполняется соотношение

где φ — угол внутреннего трения грунта; с — удельное сцепление грунта.

Расчет оснований по несущей способности производится в следующих случаях:

В первых двух случаях потеря несущей способности связана со значительными перемещениями, поэтому, если конструктивными мероприятиями (устройством полов в подвале здания, введением затяжек в распорные конструкции, жестким закреплением откоса, объединением фундаментов в единую систему пространственно жесткой надфундаментной конструкцией) исключена возможность смещения фундамента, расчет по несущей способности можно не производить.

Расчет по несущей способности производится из условия

где F — расчетная нагрузка на основание; F_u — сила предельного сопротивления основания; γ_c — коэффициент условий работы, принимаемый: для песков (кроме пылеватых) равным 1,0; для песков пылеватых в глинистых грунтов в стабилизированном состоянии — 0,9; для глинистых грунтов в нестабилизированном состоянии — 0,85; для скальных грунтов невыветрелых и слабовыветрелых — 1,0; выветрелых — 0,9; сильно выветрелых — 0,8; γ_n — коэффициент надежности по назначению сооружений, принимаемый для сооружений: I класса равным 1,2, II класса — 1,15 и III класса — 1,1.

Основания ленточных фундаментов проверяются на устойчивость только в направлении короткой стороны (ширины) фундамента, а прямоугольного, квадратного и круглого — в направлении действия момента либо направления горизонтальной составляющей нагрузки на фундамент; при этом необходимо учитывать, что потеря устойчивости в зависимости от соотношения вертикальной и горизонтальной составляющих нагрузок может иметь характер плоского сдвига по подошве или глубокого сдвига с захватом грунта основания. В некоторых случаях необходима проверка по обоим возможным вариантам разрушения.

Сорочан Е.А. Основания, фундаменты и подземные сооружения

Источник

РАСЧЕТ ОСНОВАНИЙ ПО НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ

2.57. Целью расчета оснований по несущей способности являются обеспечение прочности и устойчивости оснований, а также недопущение сдвига фундамента по подошве и его опрокидывания. Принимаемая в расчете схема разрушения основания (при достижении им предельного состояния) должна быть как статически, так и кинематически возможна для данного воздействия и конструкции фундамента или сооружения.

2.58. Расчет оснований по несущей способности производится исходя из условия

для песков, кроме пылеватых g_с = 1,0

для песков пылеватых, а также пылевато-глинистых грунтов

в стабилизированном состоянии g_с = 0,9

для пылевато-глинистых грунтов в нестабилизированном состоянии g_с = 0,85

для скальных грунтов:

невыветрелых и слабовыветрелых g_с = 1,0

2.59. Вертикальная составляющая силы предельного сопротивления основания, сложенного скальными грунтами N_u, кН (тс), независимо от глубины заложения фундамента вычисляется по формуле

(12)

и — соответственно приведенные ширина и длина фундамента, м, вычисляемые по формулам:

(13)

2.60. Сила предельного сопротивления основания, сложенного нескальными грунтами в стабилизированном состоянии, должна определяться исходя из условия, что соотношение между нормальными s и касательными напряжениями t по всем поверхностям скольжения, соответствующее предельному состоянию основания, подчиняется зависимости

(14)

2.61. Сила предельного сопротивления основания, сложенного медленно уплотняющимися водонасыщенными пылевато-глинистыми и биогенными грунтами (при степени влажности S_r ³ 0,85 и коэффициенте консолидации с_n £ 10 7 см 2 /год), должна определяться с учетом возможного нестабилизированного состояния грунтов основания за счет избыточного давления в поровой воде u. При этом соотношение между нормальными s и касательными напряжениями t принимается по зависимости

(15)

Избыточное давление в поровой воде допускается определять методами фильтрационной консолидации грунтов с учетом скорости приложения нагрузки на основание. При соответствующем обосновании (высокие темпы возведения сооружения или нагружения его эксплуатационными нагрузками, отсутствие в основании дренирующих слоев грунта или дренирующих устройств) допускается в запас надежности принимать избыточное давление в поровой воде равным нормальному напряжению по площадкам скольжения (u = s) или принимать значения j_I и с_I соответствующими нестабилизированному состоянию грунтов основания.

(16)

где и — обозначения те же, что в формуле (12), причем символом b обозначена сторона фундамента, в направлении которой предполагается потеря устойчивости основания;

и — расчетные значения удельного веса грунтов, кН/м 3 (тс/м 3 ), находящихся в пределах возможной призмы выпирания соответственно ниже и выше подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяются с учетом взвешивающего действия воды);

Если h = l/b / = 4,9———————N_q1,57N_c6,49N_g0,600,42 d / = 9,8——————N_q2,472,16N_c8,346,57N_g1,351,020,61 d / = 14,5—————N_q3,943,452,84N_c10,989,136,88N_g2,882,181,470,82 d / = 18,9————N_q6,405,564,643,64N_c14,8412,5310,027,26N_g5,874,503,182,001,05 d / = 22,9———N_q10,669,177,656,134,58N_c20,7217,5314,2610,997,68N_g12,399,436,724,442,631,29 d / = 26,5——N_q18,4015,6312,9410,377,965,67N_c30,1425,3420,6816,2312,058,09N_g27,5020,5814,639,796,083,38 d / = 29,8——N_q33,3027,8622,7718,1213,9410,24N_c46,1238,3631,0924,4518,4813,19N_g66,0148,3033,8422,5614,188,264,30 d / = 32,7—N_q64,1952,7142,3733,2625,3918,7013,11N_c75,3161,6349,3138,4529,0721,1014,43N_g177,61126,0986,2056,5032,2620,7311,265,45 d / = 35,2N_q134,87108,2485,1665,5849,2635,9325,2416,42N_c133,87107,2384,1664,5848,2634,9324,2415,82

Примечания: 1. При промежуточных значениях j_I и d коэффициенты N_g, N_q, N_c допускается определять по интерполяции.

2.63. Расчет фундамента на сдвиг по подошве производится исходя из условия

(20)

где и — суммы проекций на плоскость скольжения соответственно расчетных сдвигающих и удерживающих сил, определяемых с учетом активного и пассивного давлений грунта на боковые грани фундамента;

2.64. Расчет оснований по несущей способности допускается выполнять графоаналитическими методами (круглоцилиндрических или ломаных поверхностей скольжения), если:

а) основание не однородно по глубине;

в) сооружение расположено на откосе или в близи откоса;

г) возможно возникновение нестабилизированного состояния грунтов основания, за исключением случаев, указанных в п.2.65.

2.65. Предельное сопротивление основания (однородного ниже подошвы фундамента до глубины не менее 0,75b), сложенного медленно уплотняющимися водонасыщенными грунтами (п.2.61), допускается определять следующим образом.

Формулу (21) допускается использовать, если выполняется условие

Силу предельного сопротивления основания прямоугольного фундамента (l = 3b) при действии на него вертикальной нагрузки допускается определять по формуле (16), полагая j_I = 0 и x_c = 1 + 0,11h.

Во всех случаях, если на фундамент действуют горизонтальные нагрузки и основание сложено грунтами в нестабилизированном состоянии, следует производить расчет фундамента на сдвиг по подошве (п.2.63).

2.66. Устойчивость фундаментов на действие сил морозного пучения грунтов необходимо проверять, если основание сложено пучинистыми.

Источник

Несущая способность основания

Несущая способность грунтов оснований оценивается совместно с фундаментами и наземными конструкциями. Целью расчетов по несущей способности является обеспечение прочности и устойчивости грунтов основания, а также недопущение сдвига фундамента по подошве и его опрокидывания.

На несущую способность основания влияют следующие факторы (по М.В. Малышеву, 1994):

Согласно СНиП 2.02.01—83* несущая способность основания считается обеспеченной при выполнении условия:

(8.58)

где F — равнодействующая расчетной нагрузки на основание; γ с — коэффициент условий работы, принимается по табл. 8.12 ; F u — сила предельного сопротивления (равнодействующая предельной нагрузки) основания; γ n — коэффициент надежности по назначению сооружения, принимается равным 1,2; 1,15; 1,10 для сооружений I, II и III классов соответственно.

Таблица 8.12. Значения коэффициента условий работы (СНиП 2.02.01—83*)

Расчет оснований по несущей способности производится в следующих случаях (по СНиП 2.02.01—83*):

Рис. 8.12. Случаи, при которых необходим расчет грунтов по несущей способности:
а — дымовые трубы, башни; б — подпорные стены; в — здания или сооружения на откосе; г — вблизи откоса; д — неглубокое заложение; е — потеря устойчивости; γ— поверхность скольжения грунта при потере устойчивости

В настоящее время для определения вертикальной составляющей N u силы предельного сопротивления (несущей способности) основания, сложенного нескальными грунтами в стабилизированном состоянии, используют обобщенную формулу

(8.59)

где b’ и l’ — соответственно приведенные ширина и длина подошвы фундамента, вычисляемые по формулам

(8.60)

(8.61)

Если η 5 фундамент рассматривается как работающий в условиях плоской задачи, тогда

Рис. 8.13. Схема к определению приведенных размеров подошвы фундамента:
а — прямоугольный фундамент при действии момента в направлении меньшей стороны поперечной оси; б — то же, в направлении большей стороны (продольной оси); в — то же, в двух направлениях; г — круглый фундамент

Рис. 8.14. Схема к расчету оснований по несущей способности

Угол наклона к вертикали δ равнодействующей нагрузки, прикладываемой к основанию ( см. рис. 8.14 ), определяют из соотношения:

(8.62)

Для оснований, сложенных скальными грунтами, вертикальная составляющая силы предельного сопротивления N u вычисляется по формуле

(8.63)

где R c — расчетное значение предела прочности на одноосное сжатие скального грунта; b’ и l’ — то же, что в формулах (8.59), (8.60).

Пример 8.6. Рассчитать по несущей способности основание фундамента опоры акведука

Пример 8.6. Рассчитать по несущей способности основание фундамента опоры акведука (сооружение II класса). Глубина заложения фундамента d = 1,6 м, размеры подошвы фундамента l х b = 2,4×1,8 м. Нагрузки на уровне подошвы фундамента F v = 880 кН; F h = 140 кН; М = 160 кН·м. Характеристики грунта основания для расчета по несущей способности: удельный вес грунта γ I = 18,2 кН/м3, удельное сцепление С I = 12 кПа, угол внутреннего грения φ I = 20°.

Источник

СНиП 2.02.01-83 Основания зданий и сооружений

РАСЧЕТ ОСНОВАНИЙ ПО НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ

2.57. Целью расчета оснований по несущей способности являются обеспечение прочности и устойчивости оснований, а также недопущение сдвига фундамента по подошве и его опрокидывания. Принимаемая в расчете схема разрушения основания (при достижении им предельного состояния) должна быть как статически, так и кинематически возможна для данного воздействия и конструкции фундамента или сооружения.

2.58. Расчет оснований по несущей способности производится исходя из условия

, (11)

— сила предельного сопротивления основания;

— коэффициент условий работы, принимаемый:

для песков, кроме пылеватых

для песков пылеватых, а также пылевато-глинистых грунтов в стабилизированном состоянии

для пылевато-глинистых грунтов в нестабилизированном состоянии

для скальных грунтов:

невыветрелых и слабовыветрелых

— коэффициент надежности по назначению сооружения, принимаемый равным 1,2; 1,15 и 1,10 соответственно для зданий и сооружений I, II и III классов.

, (12)

; , (13)

2.60. Сила предельного сопротивления основания, сложенного нескальными грунтами в стабилизированном состоянии, должна определяться исходя из условия, что соотношение между нормальными и касательными напряжениями по всем поверхностям скольжения, соответствующее предельному состоянию основания, подчиняется зависимости

, (14)

, (15)

Источник

Расчет несущей способности фундамента дома

Сразу же после сдачи любого сооружения в эксплуатацию, происходит процесс медленного опускания фундамента за счет прикладываемых нагрузок. Фундамент всегда опускается на расчетную глубину, это значение всегда учитывается и закладывается при проведении расчетов.

Большие, неравномерные осадки оснований влекут за собой деформацию конструкций с дальнейшим разрушением здания. Как правило причина кроется в неправильном расчете несущей способности фундаментов, а также из-за ошибок в расчетах допустимых нагрузок на грунты.

Необходимость геологических исследований

Для определения типа фундаментов, а также в расчете ориентировочной просадки грунтов зоны строительства, в обязательном порядке проводятся геологические исследования. С их помощью определяется тип почвы, глубина промерзания, уровень залегания грунтовых вод, структура грунта и прочие параметры. Поэтому несущая площадь фундамента должна быть такой, чтобы ее масса вместе с будущим зданием не превышала расчетное сопротивление грунта на строительной площадке.

Только тогда получится качественный, надежный фундамент, способный выдерживать горизонтальные и вертикальные нагрузки. При этом строить дополнительные этажи без укрепления существующего фундамента запрещено, так как в таком случае резко увеличивается масса объекта в целом.

Что подразумевают под расчетной способностью грунтов?

Несущую способность грунтов оценивают в комплексном порядке при расчете фундаментов и сооружений. Главная цель такого расчета – это обеспечить прочность, устойчивость грунтов под подошвой фундамента, не допустить сдвиг здания по подошве в любую сторону.

Нарушение правильного состояния здания может привести не только к накоплению осадок, но впоследствии к нарушению конструкции самого основания. На фундамент также влияют вертикальные, горизонтальные нагрузки со стороны почвы и самого здания, поэтому грунт может просто не справиться с такой массой. Именно по этой причине особое внимание уделяют расчетам несущей способности оснований фундаментов, чтобы максимально определить допустимую зону нагрузки и защитить грунт от полного разрушения.

Какие факторы влияют на состояние грунта и основания?

На несущую способность влияет огромное количество различных факторов, среди которых стоит отметить:

Все расчеты несущей способности оснований нужно делать по СНиП 2.02.01-83. Поэтому, обеспеченная несущая способность вычисляется по формуле: F ≤ YcFu/Yn, где:

Когда нужно делать расчет оснований на несущую способность

Чертеж расчета фундамента по несущей способности

Если на строительной площадке или в фундаменте существующего здания уже появились видимые деформации конструкций, всегда сначала обращают внимание на состояние почвы под подошвой и определяют их состояние. Поэтому, по нормативам существует сразу несколько различных видов деформаций почвы, которые зависят от внутренних и внешних факторов.

Этапы деформаций грунтов в классическом виде

В современной литературе принято различать три основных фазы деформирования грунтов:

Такая ситуация возникает с теми фундаментами, которые заложены выше граничной глубины промерзания почвы или сверху над горизонтами грунтовых вод. Немного иная картина происходит с глубоко заложенными основаниями. В таких случаях под подошвой также образуется плотный слой грунта, но его не выпирает на поверхность из-за большой площади перекрытия подошвы. Поэтому такой фундамент обладает лучшими несущими способностями, чем мелкозаглубленный.

Если начинается процесс деформации грунтов, то его порой остановить уже нет возможности. Единственный выход, это устраивать специальные защитные конструкции, способные нивелировать нагрузки или по максимуму снизить их воздействие.

Влияние размеров фундамента на несущую способность основания

Некоторые строители вынуждены для одного сооружения использовать сразу несколько различных видов фундаментов. Причем расчеты нужно делать для каждой подошвы индивидуально. Также возможно применение оснований с длиной, значительно превышающих их ширину.

Графики указывают, что с увеличением ширины фундамента увеличивается объем грунта, способного привести к разрушению подошвы. Поэтому при абсолютно одинаковых условиях и составу грунта, узкие фундаменты менее склонны к деформации, чем широкие.

Также несущая способность оснований зависит от их формы и используемых строительных материалов. Если два фундамента имеют абсолютно одинаковые размеры, одинаково заглублены в грунт, но один имеет длину и ширину практически одинаковую, а другой – более длинный, тогда первая конструкция будет создавать большую нагрузку на грунт, чем другая.

Причина кроется в особенностях подошвы. Для деформации и сдвига квадратного или круглого фундамента нужно затратить больше энергии, чем для ленточного длинного. Также необходимо учесть, что на песчаное основание размеры и форма фундамента влияет больше, чем на глинистые грунты.

Как влияет глубина заложения фундамента на несущую способность оснований

Почему глубоко погруженные основания менее склонны к разрушениям, чем мелкозаглубленные? Ведь мелкие основания нужно обязательно укреплять, подбирать оптимальную конструкцию свай и делать сложные расчеты. Причина здесь кроется в характере поведения грунтов на различных глубинах.

Так для песчаных оснований увеличение глубины погружения фундамента ведет за собой снижение осадки, а вот несущая способность резко увеличивается. Аналогичная ситуация наблюдается с любыми иными почвами, в составе которых есть песок в больших количествах.

Поэтому в зависимости от глубины заложения, различают мелкие и глубокие основания. Понятно, что для каждого типа приходится использовать свои строительные материалы и технику, но при этом надежность конструкций отличается в несколько раз.

Как происходит деформация песчаных грунтов под подошвой фундаментов мелкого заглубления? Сначала происходит укрупнение почвы под подошвой, затем она клиньями поднимается по разные стороны конструкции и формирует свободную полость под подошвой. Поэтому даже незначительные сдвиги и подвижки почвы, повлекут за собой частичное разрушение несущих конструкций. Часто наблюдаются сдвиги и провалы.

А вот фундаменты глубокого заложения разрушить значительно сложнее. Смещение почвы будет практически полностью нейтрализовано вертикальным перемещением почвы по сторонам поверхности основания, и в данном случае могут быть только локальные уплотнения почвы. Разрушение фундамента в третьей фазе деформации почвы имеет спокойный характер. Зависимость глубины фундамента от осадки на глинистых почвах практически не проявляется.

Таким образом, несущая способность оснований – это важный показатель состояния грунтов и пренебрегать им нельзя. Если правильно сделать расчет и учесть все факторы, то уже по готовому результату можно подобрать не только оптимальные размеры и форму будущего фундамента, но и обнаружить скрытые проблемы в уже существующем. И в дальнейшем оперативно принять меры по срочному ремонту или усилению конструкций, чтобы они не деформировались от внешнего воздействия.

Источник