Расчет оснований и фундаментов по предельным состояниям. Устойчивость оснований сооружения, воспринимающего горизонтальное усилие

Лекция  № 8

Тема: РАСЧЕТ ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ

ПО ПРЕДЕЛЬНЫМ СОСТОЯНИЯМ

Предельное состояние – состояние, при котором малейшее добавочное силовое воздействие или уменьшение прочности грунта может привести к нарушению существующего равновесия, т.е. к потере устойчивости массива грунта.

Различают два предельно-нагруженных состояния.

I.  Предельное нагруженное состояние: расчет ведется по прочности, устойчивости, несущей способности.

II.  Предельное нагруженное состояние: проводится расчет по деформациям.

По первому состоянию проводят проверку в некоторых случаях. Расчет по второму состоянию является основным.

Расчет по первому предельному состоянию

Несущая способность – максимальная нагрузка, которую выдерживает грунт без потери устойчивости.

Цель расчета: ограничить нагрузку до пределов обеспечения устойчивости сооружения на весь срок эксплуатации.

Расчет ведется в четырех случаях:

- фундаменты заложены в скальных или прочно-мерзлых грунтах;

- фундаменты заложены на бровке откоса;

- фундаменты заложены в слабых грунтах;

- на фундамент действует значительная горизонтальная нагрузка или фундамент работает на выдерживание.

Несущая способность:

N_н = b´·l´·(N_γξ_γ· b´ γ₁ + N_qξ_q·γ₁´·d´ + N_cξ_cC₁), где b´,l´ - приведенная ширина и длина фундамента;

b´ = b – 2l_b,   l´= h-2l_l

b, h– размеры  фундамента;

l_b, l_l – эксцентриситеты приложения равнодействующей нагрузки соответственно в направлении ширины и длины фундамента.

N_γ, N_q, N_c – безразмерные коэффициенты несущей способности, определяют по табл. 7 СНиП в зависимости от угла внутреннего трения φ и от угла наклона вертикали равнодействующей;

γ,  γ´ - расчетные значения удельного веса грунтов соответственно ниже и выше  подошвы фундамента;

ξ_γ, ξ_q, ξ_c – коэффициенты формы фундамента;

ξ_γ = 1-0,25/ η;  ξ_q = 1 + 1,5/ η; ξ_c = 1 + 0,3/ η,

η= l/b;

d – глубина заложения фундамента;

С₁ – расчетное значение удельного сцепления грунта.

Во всех остальных случаях проводят проверку по второму предельному состоянию, а именно находят расчетное сопротивление грунта основания R.

Расчет по второму предельному состоянию

Расчетное сопротивление грунта основания:

 - формула (7) в СНиП, где  - коэффициенты угловой работы, принимаемой по табл. 3 СНиП, зависят от вида грунта и размеров сооружения (длины и высоты);

k – коэффициент, принимаемый k =1 -  если прочностные характеристики     (φ и С) найдены экспериментально; k =1,1 – если прочностные характеристики приняты по СНиП;

M_γ, M_q, M_c – коэффициенты, принимаемые по СНиП, зависят от угла внутреннего трения грунта φ);

k_z  = 1 при b < 10 м (ширина фундамента);  при b > 10 м;

γ_II и γ´_II – осредненные расчетные значения удельного веса грунта, залегающего соответственно ниже и выше подошвы грунта;

d₁– глубина заложения фундамента без подвальных сооружений;

d_b– глубина подвала;

С_II – расчетное значение удельного сцепления грунта.

Проводится сравнение со средним давлением грунта Р_ср ≤ R.

УСТОЙЧИВОСТЬ ОСНОВАНИЙ СООРУЖЕНИЯ, 

ВОСПРИНИМАЮЩЕГО ГОРИЗОНТАЛЬНОЕ УСИЛИЕ

В  практике котлованы под фундаменты обычно устраивают с вертикальными стенками крепления.  Наиболее распространены закладные и шпунтовые крепления.

Закладные крепления применяют в тех случаях, когда уровень подземных вод (УПВ) расположен ниже дна котлована. В устойчивых грунтах можно использовать закладные крепления и при небольшом подпоре подземных вод (меньше 1 м). Закладные крепления устраивают и при положении УПВ выше дна котлована в случаях, когда предусматривается глубинное водопонижение, например с помощью иглофильтровых установок. Закладные крепления изготавливают полностью на дерева (рис. 1) или с применением   металлических двутавровых балок 

Рис. 1. Закладное крепление в плане:

1 – подпорная стенка, 2 - стойка, 3 - распорка

Шпунтовые крепления устраивают в тех случаях, когда уровень подземных и поверхностных вод расположен выше дна котлована. Такое крепление состоит из основных вертикальных элементов— шпунтов, системы обвязок, распорок или анкеров, придающих всему креплению надлежащую прочность и устойчивость.

Шпунтовое ограждение служит не только для удержания стен котлована в вертикальном положении на период производства работ