Основные методы определения осадок фундаментов: достоинства и недостатки

     7. Определение осадок фундаментов по данным краткосрочных геодезических измерений

     В соответствии с рекомендациями СНиП 2.02.01-83 для ответственных, зданий и сооружений, проектируемых в сложных инженерно-геологических условиях, следует проводить геодезические измерения осадок.

     Такие наблюдения необходимо проводить при строительстве на площадках с неблагоприятными инженерно-геологическими условиями (большая толща слабых грунтов, наличие насыпных или намывных грунтов, присадочных грунтов, закарстованных территорий); при возведении уникальных зданий и сооружений, освоении новых конструкций фундаментов или новых серий зданий, строительстве зданий в несколько очередей или при их примыкании к ранее выстроенным зданиям; при вскрытии глубоких котлованов; при надстройке зданий; при использовании новых строительных технологий, требующих экспериментальной проверки; а также при выявлении причин деформаций зданий и сооружений с целью разработки оптимальных решений по усилению строительных конструкций и стабилизации осадок.

     Геодезические измерения осадок должны проводится по разработанной программе с указанием точности, количества геодезических знаков (марок, реперов) и схемы их размещения в соответствии с ГОСТ 24846-81

     Результаты геодезических измерений осадок позволяют:

     - сопоставить прогнозируемое развитие осадок с фактическим.

     - обратным пересчетом уточнить деформационные характеристики грунтов,

     - принять правильное решение по усилению строительных конструкций при обследовании зданий, получивших чрезмерные деформации.

     По данным краткосрочных геодезических измерений можно дать прогноз развития осадок во времени с определением как конечной осадки, так и осадки, накопившейся («упущенной») до начала наблюдений.

     В случае, если наблюдения за осадками начаты после возведения здания, то есть в послестроительный период, то достаточно трёх циклов наблюдений для определения конечной и «упущенной» осадок.

     Используя данные трёх циклов наблюдений, точки НП, П1, П2 и закономерность развития осадок фундаментов во времени, предложенную проф. Н. М. Герсевановым, легко получить уравнения приращения осадки между двумя циклами наблюдений

     

     где ξ - коэффициент, зависящий от свойств грунта основания, толщины сжимаемого слоя и условий фильтрации воды при его уплотнении;

     S_К, S_НП, S_П1, S_П2 - соответственно конечная осадка за время от момента приложения 50% нагрузки в период строительства до соответствующей Даты наблюдения t_НП, t_П1, t_П2.

     Выражение легко привести к виду

     

     где S_П1- S_НП, S_П2- S_НП - увеличение осадки за время соответственно  t_П1- t_НП,

     t_П2- t_НП есть за период наблюдений.

           Из выражения методом последовательного приближения находим S_К- S_НП, далее находим параметр ξ

     

           Конечная осадка и осадка, накопившаяся до начала наблюдений, вычисляются по формулам

     

     

     Схема развития осадок фундаментов во времени.

     Если наблюдения за осадками начаты в период строительства (точки НС, С1, С2), то приложение нагрузки на основание нужно разбить на несколько частей (например, равные числу этажей n). Тогда конечная осадка от принятой доли нагрузки (Р/n) будет равна

     

     По аналогии можно получить

     

     где S_С1- S_НС, S_С2- S_С1  - увеличение осадок за период фактических наблюдений t_С1- t_НС, t_С2- t_С1.

     Из выражения методом последовательного приближения находится S_ДК величина конечной осадки по формуле (5.43). Параметр ( можно вычислить по формуле

     

     Значение осадки, накопившейся до начала наблюдений, вычисляется по формуле

     

     где m - число равных ступеней нагрузок (число этажей), приложенных до начала наблюдений.

     Для получения более точных значений S_К, S_НП, S_ДК, S_НС рекомендуется максимально увеличить интервалы времени t_П1- t_НП, t_П2- t_НП,  t_С1- t_НС, t_С2- t_С1. При этом последние два интервала времени должны соответствовать определенным ступеням загружения.

 

     8. Определение осадки по методу Н. В. Лалетина

     Все вышеперечисленные формулы по расчету осадки базируются на предпосылках линейно-деформируемой среды с использованием постоянных величин Е₀ и μ по всей деформируемой толще грунта основания.

     Но, как известно из опытов, в песчаных и илистых грунтах наблюдаются деформации, не подчиняющиеся линейной зависимости от нагрузки. В этом случае модуль деформации Е₀ не будет постоянным.

     В грунтах, менее уплотненных и обладающих более слабой структурой, роль остаточных деформаций приобретает решающее значение.

     Проф. Н. В. Лалетин, рассматривая уплотнение грунта под фундаментами, дал следующие формулы по определению осадки:

     а) для ленточных фундаментов

     

     б) для квадратных и круглых в плане фундаментов:

     

     где b — ширина подошвы фундамента;

     F — площадь подошвы фундамента;

     E_ост — модуль остаточной деформации грунта;

     ξ— коэффициент бокового давления грунта;

     p₀ — радиальное напряжение на границе зоны уплотнения грунта, где его структура сохраняет еще свое первоначальное состояние;

     К — коэффициент, оценивающий долю частиц грунта от общего их объема, расходуемых на уплотнение грунта.

     При малых упругих деформациях в сравнении с остаточными К=1. В остальных случаях К должен быть меньше единицы.

     Эти формулы получаются из следующих соображений. При деформации уплотнения грунта его частицы расходуются на уплотнение под фундаментом и на возмещение объемных изменений, имеющих место в окружающей грунт зоне уплотнения.

     Если в пределах зоны движения грунтовых частиц в створе угла dβ выделить элементарную призму длиной в одну погонную единицу и сечением RdRdβ, то в этой призме объем пор уменьшится на величину

     

     

     Согласно работам проф. Н. В. Лалетина

     

     и, по Фламану,

     

     Подставим эти значения в выражение.  Имея в виду, что общая деформация уплотнения грунта под фундаментом должна быть равна объему частиц, вытесненных при осадке фундамента, будем иметь

     

     Выражение интегрируем сначала в пределах изменения R от 0 до R₀. Учитывая, что (задача Фламана для ленточных фундаментов), а и , подставляем их значения вместо R₀ и интегрируем полученное выражение второй раз в пределах изменения β от 0 до π/2. В результате получим формулу для определения остаточной осадки ленточных фундаментов.

     Если вместо Р_R подставить ( по Буссинеску, фундамент работает в условиях пространственной задачи теории упругости).

     9. Расчет осадки фундамента  по методу  К. Е. Егорова

     При расчете осадки фундамента по методу проф. К. Е. Егорова исходят из следующих допущений:

     1) деформирующаяся толща грунтов ограничена по мощности;

     2) деформации в пределах каждого слоя пропорциональны напряжениям, т. е. грунт каждого слоя является линейно деформируемым;

     3) деформации отдельных слоев устанавливаются с: учетом всех составляющих напряжений;

     4) осадка фундамента равна средней величине осадки поверхности грунта под действием равномерно распределенной нагрузки;

     5) жесткость фундамента не учитывается;

     6) распределение напряжений в слое грунта принимается и соответствии с задачей однородного полупространства, а жесткость подстилающего слоя учитывается поправочным коэффициентом М.

     В соответствии с  принятыми допущениями К.Е. Егоровым выведена формула для конечной осадки:

     

     где    b — ширина фундамента;

     p_Д -  среднее давление, под действием которого уплотняется грунт     основания;

     Е_i— модуль деформации i-го слоя грунта;

     К_i — коэффициент, зависящий от формы подошвы и отношения H/b определяемый по табл.

     М — коэффициент, учитывающий концентрацию напряжений при наличии жесткого подстилающего слоя (принимается по таблице).

     Коэффициент M одновременно учитывает отсутствие перемещений по контакту сжимаемого слоя грунта и подстилающего недеформируемого массива. Величина М зависит от коэффициента Пуассона μ. К. П. Егоровым значение М определено для μ=0,30.

     Мощность активной зоны Н, в пределах которой следует учитывать деформации грунтов основания, по этому методу установить нельзя, поэтому

     К. Е. Егоров при отсутствии подстилающих скальных пород определяет ее в соответствии с методом суммирования. Кроме того, этот метод пока не позволяет определять осадку фундамента с учетом влияния загружения соседних площадей и фундаментов. Однако весьма ценно, что по методу К. Е. Егорова определяются деформации не под действием одного компонента напряжений, а с учетом напряженного состояния в пределах каждого рассматриваемого линейно деформируемого слоя. 

     10. Практические методы расчета оснований фундаментов с использованием нелинейных методов

     В настоящее время наиболее широкое применение в практике проектирования фундаментов находит модель линейно - деформируемой среды в виде полупространства или слоя конечной толщины, предполагающие существование линейной зависимости между напряжениями и деформациями. Как известно, в основании в процессе загружения развиваются зоны предельного равновесия, взаимодействующие с областью грунта, находящейся в допредельном состоянии.

     В случае, если всё основание находится в предельном напряженном состоянии, расчет ведется с использованием теории предельного равновесия. Однако в этом случае остается неопределенным деформационное состояние оснований.

     Линейные методы расчета не позволяют:

     - провести расчет оснований по деформациям при давлении, превышающем расчетное сопротивление фунта;