Несуча здатність основи

Несуча здатність ґрунтів основ оцінюється спільно з фундаментами та наземними конструкціями. Метою розрахунків за несучою здатністю є забезпечення міцності та стійкості ґрунтів основи, а також недопущення зсуву фундаменту по підошві та його перекидання.

Порушення нормальної експлуатації споруд може статися не тільки через накопичення надмірних осадів, але також внаслідок порушення міцності основи при дії на фундамент значних вертикальних та горизонтальних навантажень. Таким чином, граничне навантаження, яке здатне витримати ґрунт без руйнування, називається несучою здатністю ґрунту.

На здатність підстави, що несе, впливають такі фактори (за М.В. Малишевим, 1994):

вид навантаження - вертикальна або похила, з горизонтальною складовою;
ексцентричність застосування зовнішнього навантаження щодо центру ваги площі підошви фундаменту;
розміри підошви фундаменту;
форма підошви фундаменту – прямокутник, квадрат, коло, стрічковий фундамент;
заглиблення фундаменту в ґрунт щодо денної поверхні;
горизонтальність або ухил по відношенню до горизонту площини підошви фундаменту (для фундаментів, що сприймають зусилля);
горизонтальність або ухил до горизонту денної поверхні основи навколо фундаменту в межах області, в якій можливе випирання ґрунту з-під фундаменту;
однорідність ґрунтів основи, наявність горизонту підземних вод;
темп навантаження та інші фактори.

Відповідно до СНиП 2.02.01-83 * несуча здатність підстави вважається забезпеченою при виконанні умови:

де F - рівнодіє розрахункового навантаження на основу; γ с - коефіцієнт умов роботи,приймається за табл. 8.12; F u - сила граничного опору (рівнодіюча граничного навантаження) основи; γ n - коефіцієнт надійності за призначенням споруди, що приймається рівним 1,2; 1,15; 1,10 для споруд I, II та III класів відповідно.

Таблиця 8.12. Значення коефіцієнта умов роботи (СНіП 2.02.01-83 *)

Вид ґрунту	γ з
Піски пилуваті, глинисті ґрунти у стабілізованому стані	0,9
Піски (крім пилуватих)	1,0
Глинисті ґрунти в нестабілізованому стані	0,85
Скальний грунт: невивітрілий і слабовивітрілий вивітрілий сильновивітрілий	1,0 0,9 0,8

Розрахунок підстав за несучою здатністю проводиться у таких випадках (за СНиП 2.02.01-83 *):

на основу передаються значні горизонтальні навантаження, у тому числі систематичні (димові труби, вежі, підпірні стіни, традиції тощо) (рис. 8.12 а, б);
споруда розташована на укосі або поблизу укосу (рис. 8.12, г);
основа складена водонасиченими глинистими ґрунтами при ступені вологості S r > 0,5 (рис. 8.12, д);
при дії на фундамент, що висмикує навантаженням;
основа складена скельними ґрунтами;
під час перевірки стійкості природних схилів ( див. рис. 8.12 е ).

Мал. 8.12. Випадки, при яких необхідний розрахунок ґрунтів за несучою здатністю: а - димові труби, вежі; б - підпірні стіни; в - будівлі або споруди на схилі; г - поблизу укосу; д - неглибоке закладення; е - втрата стійкості; γ- поверхня ковзання ґрунту при втраті стійкості

В даний час для визначення вертикальної складової N u силиграничного опору (несучої спроможності) основи, складеного нескальними ґрунтами в стабілізованому стані, використовують узагальнену формулу

де b' і l' - відповідно наведені ширина і довжина підошви фундаменту, що обчислюються за формулами

де е b і е l — ексцентриситети докладання рівнодіючих навантажень (рис. 8.13); N γ , N q , N c - безрозмірні коефіцієнти несучої здатності, що визначаються за табл. 8.13 залежно від розрахункового значення кута внутрішнього тертя ґрунту I та кута нахилу до вертикального S рівнодіючого зовнішнього навантаження F на основу b рівня підошви фундаменту (рис. 8.14); γ 1 і γ' I — розрахункова питома вага грунтів, що залягають у межах призми випирання відповідно нижче і вище підошви фундаменту (за наявності підземних вод враховується дія води, що зважує); d — глибина закладення фундаменту, причому при неоднаковому вертикальному привантаженні з різних сторін фундаменту значення d приймають відповідним найменшим привантаженням (див. рис. 8.14,а);

ζ γ , ζ q , ζ c — коефіцієнти форми фундаменту, що визначаються за формулами:

Якщо η 5 фундамент розглядається як працюючий в умовах плоского завдання, тоді

Таблиця 8.13 Коефіцієнти несучої здатності N γ , N q , N c

Кут внутрішнього тертя φ I, град.	Коефі- цієнт	Кут нахилу до вертикалі рівнодіючого зовнішнього навантаження δ, град.
0	0	0	5	10	15	20	25	30	35	40
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
0	N γ N q N c	0,00 1,00 5,14
5	N γ N q N c	0,20 1,57 6,49	1,26 2,93	δ' = 4,9º
10	N c N q N c	0,60 2,47 8,34	0,42 2,16 6,57	1,60 3,38	δ'=9,8º
15	N c N q N c	1,35 3,94 10,98	1,02 3,45 9,13	0,61 2,84 6,88	2,06 3,94	δ'=14,5º
20	N c N q N c	2,18 5,56 12,53	2,18 5,56 12,53	1,47 4,64 10.02	0,82 3 ,64 7,26	2,69 4,65	δ'=18,9º
25	N c N q N c	4,50 9,17 17,53	4,50 9,17 17,53	3,18 7,65 14,26	2,00 6,13 10,99	1,05 4,58 7,68	3,60 5,58	δ'=22,9º
30	N c N q N c	12.39 18.40 30.14	9,43 15,63 25,34	6,42 12,94 20,68	4,44 10,37 16,23	2,63 7,96 12.05	1,29 5,67 8,09	4,95 6,85	δ'=26,5º
35	N c N q N c	27,50 33,30 46,12	20,58 27,86 38,36	14,63 22,77 31.09	9,79 18,12 24,45	6,08 13,94 18,48	3,38 10,24 13,19	7,04 8,63	δ'=29,8º
40	N c N q N c	66,01 64,19 73,31	48,30 52,71 61,63	33,84 42,37 49,31	22,56 33,26 38,45	44,18 25,39 29.07	8,26 18,70 21.10	4.30 13.11 14.43	10,45 11,27	δ'=32,7º
45	N γ N q N c	177,61 134,87 133,87	126 108,2 107,2	86,20 85,16 84,66	56,50 65,58 64,58	32,26 49,26 48,26	20,73 35,93 34,93	11,26 25,24 24,24	5,45 16,82 15,82	16,42 15,82

Примітка. 1. Для проміжних значень І і δ коефіцієнти визначаються по інтерполяції. 2. У фігурних дужках наведено значення коефіцієнтів несучої здатності, що відповідають граничному знаку кута нахилу навантаження, виходячи з умови tg δ I .

Мал. 8.13. Схема до визначення наведених розмірів підошви фундаменту: а — прямокутний фундамент при дії моменту в напрямку меншої сторони поперечної осі; б - те саме, в напрямку більшої сторони (подовжньої осі); в - те саме, у двох напрямках; г - круглий фундамент

Мал. 8.14. Схема до розрахунку підстав за несучою здатністю

Кут нахилу до вертикалі δ рівнодіючого навантаження, що прикладається до основи (див. рис. 8.14), визначають із співвідношення:

де F h і F v - відповідно горизонтальна і вертикальна складові навантаження, що діє на основу в рівні підошви фундаменту. Розрахунок підстав за формулою (8.59) допускається виконувати, якщо дотримується умова (8.46). У разі невиконання цієї умови (8.46), необхідно проводити розрахунок фундаменту на зсув підошвою.

Для основ, складених скельними ґрунтами, вертикальна складова сили граничного опору N u обчислюється за формулою

де R c - Розрахункове значення межі міцності на одновісне стиск скального грунту; b' і l' - те саме, що у формулах (8.59), (8.60).

Приклад 8.6. Розрахувати за несучоюздатність основа фундаменту опори акведука

Приклад 8.6. Розрахувати за несучою здатністю основу фундаменту опори акведука (споруда II класу). Глибина закладання фундаменту d = 1,6 м, розміри підошви фундаменту l х b = 2,4x1,8 м. Навантаження на рівні підошви фундаменту F v = 880 кН; F h = 140 кН; М = 160 кН · м. Характеристики ґрунту підстави для розрахунку за несучою здатністю: питома вага ґрунту γ I = 18,2 кН/м3, питоме зчеплення З I = 12 кПа, кут внутрішнього гріння φ I = 20 °.