Войти  |  Регистрация
Авторизация
» » Расчет осадки фундамента с учетом разуплотнения грунта при разработке котлованов

Расчет осадки фундамента с учетом разуплотнения грунта при разработке котлованов


Рассмотренная ранее расчетная схема определения осадки предусматривает, что деформации фундамента происходят после приложения нагрузки, превышающей бытовое давление на уровне подошвы. Однако принятое допущение не отвечает реальным условиям работы грунта в основании фундамента. Известно, что приложение нагрузки приводит к деформациям уплотнения грунта независимо от глубины расположения подошвы фундамента от поверхности грунта. В качестве примера, подтверждающего отмеченное положение, на рис. 4.5 показаны зависимости перемещений от нагрузки штампа, расположенного в опытной выработке на различной глубине h. Из рисунка видно, что при глубине заложения подошвы 15 м осадка штампа происходила сразу после приложения нагрузки.
Исключение из нагрузки, учитываемой при определении осадки, природного давления от действия собственного веса грунта становится ощутимым при большой глубине заложения фундамента, поэтому в этом случае необходимо принимать расчетную схему основания, отвечающую его действительной работе.
Расчет осадки фундамента с учетом разуплотнения грунта при разработке котлованов

Анализ напряженно-деформированного состояния грунтов в основании сооружений, возводимых в котлованах, показал, что процесс деформирования основания носит сложный характер и зависит от размеров котлована, свойства грунта, разуплотнения и последующего уплотнения грунтов и пр. Согласно такому анализу, осадка основания наблюдается при любом давлении под подошвой фундамента. Это подтверждается результатами многих штамповых испытаний в котлованах и шурфах, а также натурными наблюдениями за осадками сооружений. Поэтому возникает необходимость усовершенствования метода расчета осадок оснований сооружений, возводимых в котлованах, обусловленная еще и тем, что в последнее десятилетие, в связи с использованием подземного пространства городских территорий, гражданские и промышленные сооружения возводят в котлованах, имеющих внушительные размеры в плане и по глубине. Очевидно, что выемка большого объема грунта из котлована существенно влияет на процессы формирования напряженно-деформированного состояния грунтового массива и в конечном итоге определяет величину осадки основания отдельных фундаментов, устраиваемых в этом котловане. Принятая в настоящее время расчетная схема определения осадки основания фундамента не позволяет учитывать перераспределение напряженно деформированного состояния грунтового массива при разработке котлована. Это обусловливает наличие необъяснимых по существующей расчетной схеме, но наблюдаемых на практике фактов.
При разработке предлагаемой ниже расчетной схемы исходили из необходимости учета максимального числа влияющих факторов и одновременно максимального упрощения расчета с целью его широкого использования в практике проектирования оснований зданий и сооружений. Расчет осадки с учетом разуплотнения грунта следует производить при глубине котлована 5 м и более.
Для уяснения предлагаемой расчетной схемы рассмотрим напряженно-деформированное состояние оснований при разработке котлована и последующем устройстве фундамента и возведении сооружения. При этом учитываем только осевые напряжения, оставляя в силе одно из основных допущений существующей расчетной схемы.
Расчет осадки фундамента с учетом разуплотнения грунта при разработке котлованов

На рис. 4.6 показана картина перераспределения начального (от действия собственного веса грунта) давления в грунтовом массиве (рис. 4.6, а) в результате разработки котлована (рис. 4.6, б) и последующего устройства фундамента и возведения сооружения (рис. 4.6, в).
Эпюры давлений — начального (от собственного веса грунта) в грунтовом массиве σ'zg, после разработки котлована σ'zg, устройства фундамента и возведения сооружения σ'zgp — показывают, что подъем дна котлована происходит в результате уменьшения начального давления σzg на величину σzp,1=σzg—σ'zg, которую в последующем будем называть давлением разуплотнения. Из граничных условий следует, что давление разуплотнения на глубине котлована z=0 равно начальному давлению на этой глубине σzg,0. Осадка фундамента, оказывающего на основание давление р, будет происходить в результате увеличения давления в грунте σ'zg на величину σzp=σ'zgp—σ'zg которую в дальнейшем будем называть дополнительным давлением. Очевидно, что дополнительное давление σzg слагается из величин: σzg,1=σzg—σ'zg которую назовем давлением вторичного уплотнения, и σzg,2=σ'zg—σzg которую назовем давлением вторичного доуплотнения. Рассмотрим возможность прогнозирования перераспределения напряженного состояния в грунтовом массиве при разработке котлована и последующем устройстве фундамента и возведении сооружения.
Можно считать, что начальное давление в грунтовом массиве определяется выражением σzg=y(z+D) — для однородного основания и σzg = Σ γihi — для слоистого, где γ, γi — удельный вес грунтов соответственно однородного основания и i-гo слоя слоистого основания; D — глубина котлована, равная глубине заложения фундамента d; hi — толщина i-го слоя; n — порядковый номер слоя; толщиной h, в которой рассчитываем начальное давление; z — глубина, отсчитываемая от дна котлована, для которой рассчитываем начальное давление (очевидно, соблюдается равенство
Расчет осадки фундамента с учетом разуплотнения грунта при разработке котлованов

Если криволинейная граница описывает профиль котлована, то разность между начальным давлением и давлением в весомой криволинейной полубесконечной области будет равна давлению разуплотнения σzp,1. Давление разуплотнения σzp,1 котлована определяем в условиях линейно-деформируемой среды. Учет нелинейной деформируемости и слоистости при определении давлении разуплотнения σzp,1 инженерными методами на данном этапе не представляется возможным. Вместе с тем следует отметить, что анализ имеющихся немногочисленных решений различных краевых задач в нелинейной постановке показывает, что учет нелинейности оказывает значительное влияние на деформированное состояние массива грунтов и незначительное — на напряженное. Таким образом, для инженерных расчетов давления разуплотнения σzp,1 допустимо определять по решениям в линейной постановке. Аналогичные выводы можно сделать и для слоистых оснований.
Расчет осадки фундамента с учетом разуплотнения грунта при разработке котлованов

На основе анализа распределения напряжений, рассчитанных по упомянутым решениям краевых задач о напряженно-деформированном состоянии полубесконечных областей с криволинейные и границами под воздействием сил тяжести, Д.M. Ахпателовым составлена табл. 4.16 для определения коэффициента αр, учитывающего изменение по глубине давлений разуплотнения σzp,1 в зависимости от относительной глубины ζp=z/D, отношения сторон прямоугольных котлованов ηp=L/В (L — длина и В — ширина по дну) и от отношения ширины котлована к глубине ψp=В/D. Давление разуплотнения на глубине z находят по выражению σzp,1=αpσzg,0. При составлении табл. 4.16 принимали гидростатаческое начальное напряженное состояние грунтового массива, т. е. коэффициент бокового давления грунтов в естественном состоянии принимали равным 1.
Как показывают расчеты, вычисление дополнительных давлений с использованием схемы для определения давлений разуплотнения в виде приложения отрицательных нагрузок на полупространство приводит к значительным ошибкам. При расчете по этой схеме затухание давлений разуплотнения σzp,1 с глубиной происходит значительно интенсивнее.
Учитывая, что размеры фундаментов в большинстве случаев значительно меньше размеров котлована, дополнительные давления σzp можно определять по аналогии с определением по СНиП с использованием коэффициентов а, учитывающих изменение дополнительных давлений по глубине. При этом дополнительное давление на глубине заложения фундамента d, принимаемой равной глубине котлована, соответствует среднему фактическому давлению под подошвой фундамента р. Таким образом, дополнительное давление определится выражением σzp=αр.
Расчет осадки фундамента с учетом разуплотнения грунта при разработке котлованов

Рассмотрим теперь процесс деформирования грунта на произвольной глубине z+D от земной поверхности (рис. 4.7). Очевидно, что деформации от начального давления уже произошли к моменту разработки котлована. Уменьшение давления на величину σzp,1, вызванное разработкой котлована, приводит к разуплотнению грунта на величину εp, а последующее приложение давления σzp=σzp,1+σzр,2 от сооружения — ко вторичному уплотнению грунта на величину еьу от давления σzр,1 и к доуплотнению на величину ε0 от давления σzp,2 (схема на рис. 4.7, а соответствует случаю, когда εр=εbу). В общем случае процесс деформирования носит нелинейный характер, различный при разгрузке и нагрузке. Для инженерных расчетов представляется целесообразным аппроксимировать нелинейную зависимость между давлениями и деформациями кусочно-линейной зависимостью.
В соответствии с принятой закономерностью деформирования грунт характеризуется тремя модулями деформации: Epz — разуплотнения, E1z — вторичного уплотнения, E2z — доуплотнения (схема на рис. 4.7,6 соответствует случаю, когда Epz=E1z). Они могут быть определены по результатам лабораторных испытаний в условиях компрессии (без боковою расширения). Грунт доводят до начального состояния путем приложения начального давления затем ступенями производят разгрузку на величину σzp,1 а далее — нагружение грунта ступенями на величину σzp. По ветви разгрузки определяют Epz, а по ветви нагрузки E1z и E2z. Для определения Epz коэффициент βp можно принимать равным 1, учитывая, что коэффициент Пуассона при разгрузке μp близок нулю. Следует отметить, что ГОСТ 23908—79 предусматривает испытание грунта путем его загрузки и повторной загрузки после разгрузки. Перечисленные модули возможно определять штамповыми испытаниями при усовершенствовании методики их проведения. Условно принимают, что модуль при разгрузке вследствие уменьшения собственного веса равен модулю при нагрузке, соответствующей вторичному уплотнению.
Для расчетов модулей деформации Epz=E1z грунтов, залегающих на глубине Z, можно использовать выражение (4.35), а при отсутствии испытаний на ветви разгрузки — формулу (4.36):
Расчет осадки фундамента с учетом разуплотнения грунта при разработке котлованов

На основании анализа результатов многочисленных штамповых испытаний, включающих и разгрузочные ветви, составлены табл. 4.17 и 4.18, которые позволяют определять k в зависимости от классификационных показателей грунтов. Использование этих таблиц позволяет определять модули E1z расчетным путем при отсутствии испытаний на ветви разгрузки.
Расчет осадки фундамента с учетом разуплотнения грунта при разработке котлованов

Расчет осадки фундамента с учетом разуплотнения грунта при разработке котлованов

На основании изложенного выше предлагается расчетная схема для определения величины подъема дна котлована и последующей осадки основания фундамента, приведенная на рис. 4,8. Конечную (стабилизированную) осадку фундамента рекомендуется рассчитывать методом послойного суммирования по формуле sd=s1+s2, где s1 — доля конечной осадки фундамента от давления вторичного уплотнения, вычисляемая по формуле
Расчет осадки фундамента с учетом разуплотнения грунта при разработке котлованов

S2 — доля конечной осадки фундамента от давления доуплотнения, определяемая по формуле
Расчет осадки фундамента с учетом разуплотнения грунта при разработке котлованов

Нижнюю границу сжимаемой толщи можно определять расположением точки пересечения эпюр 0,2σzg и σzp. При этом следует отмстить, что в предлагаемом методе расчета осадок фундамента при увеличении мощности сжимаемой толщи осадки фундаментов увеличиваются значительно меньше, чем в существующем. Таким образом, роль сжимаемой толщи при определении осадок значительно снижается.
Предлагаемая расчетная схема позволяет также рассчитать величины подъема дна котлована по формуле
Расчет осадки фундамента с учетом разуплотнения грунта при разработке котлованов

Дальнейшее совершенствование предлагаемой расчетной схемы заключается в более достоверном отражении закономерностей деформирования в пределах давлений вторичного уплотнения и доуплотнения, в частности, путем учета изменяющейся по глубине структурной прочности грунтов. Однако этому должна предшествовать разработка методов ее достоверного определения.
Расчет осадки фундамента с учетом разуплотнения грунта при разработке котлованов
Добавлено Serxio 9-02-2016, 20:31 Просмотров: 2 041
Добавить комментарий
Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
  • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
    heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
    winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
    worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
    expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
    disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
    joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
    sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
    neutral_faceno_mouthinnocent