10.2.3 Проектування основ та фундаментів (ч. 1)

Розрахунок підстав споруд на набухають грунтах проводиться у разі деформаціям, як у звичайних грунтах, а за необхідності — і з несучої спроможності. За характеристиками ґрунту в природному стані визначається розрахунковий опір основиR, за яким призначаються розміри фундаментів. При цьому рекомендується в розрахунку приймати підвищення значенняRв 1,2 рази, якщо осад фундаменту не перевищуватиме 0,4 допустимого для даної будівлі та споруди. Крім того, слід визначати додаткові деформації (підйоми або осідання фундаментів), що виникають внаслідок набухання або усадки ґрунту в основі споруд.

Підйом основи під час набухання ґрунту у разі його замочування визначається за формулою

де εsωi- відносне набуханняi-го шару, що визначається залежно від причин набухання;hi— товщина шару грунту, що розглядається;ksωi, - Коефіцієнт, що приймається:kωs= 0,8 при сумарному тиску σz.tot= 0,05 МПа;kωs= 0,6 при σz.tot= 0,3 МПа;kωs= 0,84 – 0,08 σz.tot/σ0 (де σ0 = 0,1 МПа) при проміжних значеннях σz.tot.

Відносне набухання ґрунту εsω визначається за такими формулами:

при інфільтрації та підйомі рівня підземних вод

деhn- висота зразка заданої вологості та щільності, обтисненого без можливості бічного розширення сумарним тиском;hsat- висота того ж зразка після замочування, обтисненого в тих же умовах;

при екрануванні поверхні та зміні водно-теплового режиму

деk- коефіцієнт, що визначається дослідним шляхом, а при відсутності експериментальних даних приймається раптовим 2; ωeq- кінцева вологістьґрунту; ω0 - початкова вологість ґрунту; e0 - початкове значення коефіцієнта пористості ґрунту.

Значення ωeqшаруiпри екрануванні визначається за результатами експериментальних досліджень залежності вологості набухання ωsω від тиску, що обчислюється за виразом

деγω - питома вага води, кН/м 3;z— відстань від поверхні планування рівня підземних вод, див;zi-глибина розташування середини аналізованогоi-го шару, м; σz.tot— сумарний тиск у середині шару, що розглядається, МПа; γs- питома вага мінеральних частинок ґрунту, кН/м 3 .

При зміні водно-теплового режиму вологість ωeqприймається в період максимального зволоження ґрунту основи, а вологість ω0 - у період найбільшого висихання ґрунту; коефіцієнт пористостіе0 приймається для вологості ґрунту в період найбільшого його висихання. Профіль вологості ґрунту при максимальному зволоженні та висиханні встановлюється дослідним шляхом.

проектування

Сумарні тиски σt.totв серединіi-го шару, що розглядається (рис. 10.9) грунту в основі споруди визначаються за формулою

де σz.p- тиск від навантаження фундаменту в середині шару, що розглядається, МПа; σz.g— тиск від власної ваги товщі ґрунту від підошви фундаменту до середини шару, що розглядається, МПа; σz.ad—додатковий тиск, МПа, що діє в середині шару і виникає внаслідок впливу ваги невологої частини масиву, розташованої за межами площі замочування:

деkg- коефіцієнт, що приймається за табл. 10.9 залежно від відношення довжиниLω замочується площі до її шириниBω і відносної глибини розташування серединирозглянутого шару;γ- питома вага набухає ґрунту, кН/м 3 ;z— відстань від підошви фундаменту до середини шару, що розглядається, см;d- глибина закладення підошви фундаменту від позначки планування, див.

ТАБЛИЦЯ 10.9. ЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТАkg

Приклад 10.4.Розрахувати підйом фундаменту розміром 1×1 м під колону будівлі розміром у плані 12×24 м. Тиск по підошві квадратного фундаменту 0,2 МПа, глибина його закладанняd= 1 м. Підставою фундаментів служать набухають глини, що залягають шаром товщиною 10 м від поверхні і підстилаються пилуватими пісками. Щільність глин 2 т/м 3 тиск набухання по лабораторним випробуваннямpsω = 0,29 МПа. У процесі експлуатації можливе зволоження ґрунту водою в межах усієї будівлі; відношення сторін замочується площіLω/Bω = 24/12 = 2.

Рішення.Розбиваємо основу нижче підошви фундаменту на 10 шарів товщиною 1 м і визначаємо сумарний тиск, що діє в середині кожного шару при набуханні ґрунту. Для першого шару, що примикає до підошви фундаменту, знайдемо значення коефіцієнтаkg: середина цього шару розташована на глибиніz + d= 0,5 + 1 = 1,5 м; тоді при (z + d)/Bω = 1,5/12 = 0,12 значенняkg= 0. Для цього шару тиск від фундаменту σz.p=рα = 2·0,7 = 0,14 МПа, apz.g = γz= 2·0,5 = 0,1 МПа.

У табл. 10.10 наведені величини, що використовуються при визначенні σz.tot, а також коефіцієнтksω , що знаходиться для кожного шару ґрунту.

На глибині 9,5 м від підошви фундаменту сумарний тиск більший за тиск набухання ґрунту, тому товщину зони набухання приймаємо рівною 10 м від підошви фундаменту.

Для визначення залежності εsω =f(p) були випробувані в компресійних приладах шість зразків. Ці зразки замочувалися під навантаженням 0,007 (вага штампу приладу); 0,05; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4 МПа.

Значення відносного набухання для характерних тисків такі:

Підйом фундаменту визначаємо за формулою

100 (1,8 · 0,72 + 3,2 · 0,82 + 3,3 · 0,8 + 3 · 0,79 + 2,4 · 0,78 + 2 · 0,75 + 1,81 · 0,72 + 1,7 · 0,69 + 1,3 · 0,66 + 1 · 0,62) 0,01 = 16 см,

де 0,01 - коефіцієнт, що враховує перехід значень εsω у % до значень у частках одиниці.

Приклад 10.5.Розрахувати підйом стрічкового фундаменту під внутрішню несучу стіну будівлі при екрануванні поверхні грунту, що набухає. Будівля має розмір у плані 12×24 м. Ширина підошви стрічкового фундаменту 1,5 м, тиск по підошві 0,15 МПа, глибина закладенняd= 1,5 м. Підставою служать хвалинські набухають глини, що залягають шаром товщиною 4 м і підстилаються пилуватими пісками. Покривні відкладення представлені суглинками щільністю 1,6 г/см3. Щільність хвалинських набухають глин 1,8 г/см 3 щільність частинок 2,77 г/см 3 а коефіцієнт пористості 0,83. Рівень підземних вод перебуває в глибиніz= 10 м від підошви стрічкового фундаменту. За рахунок екранування поверхні збільшення вологості грунту можливе в межах усієї будівлі, і тому відношенняLω/Bω = 24/12 = 2, а значення коефіцієнтаkgу межах зони збільшення вологості (0 ≤z≤ 4 м) відповідно до табл. 10.9 дорівнює нулю, тому що приz= 4 м відношення (z + d)/Bω = (4 + 1,5)/12 = 0 ,5.

Рішення.Розбиваємо основу нижче підошви фундаменту на шари товщиною 0,5 м і визначаємо сумарні тиски, що діють у середині кожного шару при набуханні ґрунту за рахунок екрануванняповерхні.

Для визначення значень рівноважної вологості шару ωeqдля заданих значень рівня грунтових вод і сумарного тиску необхідно мати залежність ωsω =f(p). Для хвалинських глин ця залежність за експериментальними даними апроксимується у вигляді:

= 6,54 + 3,04 lg (0,4 - ω) при 0,34

Сорочан Є.А. Підстави, фундаменти та підземні споруди