4. Расчет осадки

Целью расчетов оснований по деформациям является ограничение абсолютных или относительных перемещений фундаментов и надфундаментных конструкций такими пределами, при которых гарантируется нормальная эксплуатация сооружения и не снижается его долговечность вследствие появления недопустимых осадок, подъемов, кренов, изменения проектных уровней и положений конструкций, расстройства их соединений и т.п. При этом имеется в виду, что прочность и трещиностойкость фундаментов и надфундаментных конструкций проверены расчетом, учитывающим усилия, которые возникают при взаимодействии сооружения и основания.

Расчеты оснований по деформациям производят исходя из условия [СНиП 2.02.01-83]

S  S_u,

где S – совместная деформация основания и сооружения, различные формы которой были показаны ранее;

S_u – предельное значение совместной деформации основания и сооружения, устанавливаемое нормами или заданием на проектирование.

Предельные значения совместной деформации основания и сооружения устанавливаются исходя из необходимости соблюдения:

а) архитектурных требований (недопустимость неприятных впечатлений от деформации сооружения в целом, ограничение взаимных смещений отдельных элементов конструкций и архитектурных деталей, обеспечение нормальных эксплуатационно-бытовых условий: ограничение уклонов полов, перекосов стен, дверных и оконных проемов и т.п.);

б) технологических требований (условия эксплуатации лифтов, подъемников и кранового оборудования, вводов и выпусков инженерных коммуникаций и т.д.);

в) требований к прочности, устойчивости и трещиностойкости конструкций сооружения, включая его общую устойчивость.

Значения предельных деформаций устанавливаются соответствующими нормами проектирования, правилами эксплуатации оборудования или заданием на проектирование сооружения. В качестве примера в табл. 4.1 приведены рекомендуемые значения предельных деформаций основания некоторых типов сооружений. Более полные данные содержатся в СНиП 2.02.01.83.

Таблица 4.1

Предельные деформации основания Su

Тип сооружения	Предельные деформации основания
	Относительная разность осадок	Крен	Средняя осадка (в скобках указана максимальная осадка) Su, см
Производственные и гражданские здания с полным каркасом: железобетонным металлическим	0,002 0,004	– –	(8) (12)
Гибкие здания и сооружения, в конструкциях которых не возникают усилия от неравномерных осадок	0,006	–	(15)
Многоэтажные бескаркасные здания с несущими стенами из: – крупных панелей – крупных блоков или кирпичной кладки без армирования – то же с устройством железобетонных поясов или армированием	0,0016 0,002 0,024	0,005 0,005 0,005	10 10 15
Жесткие сооружения высотой до 100 м (кроме элеваторов и дымовых труб)	–	0,004	20

При расчетах оснований по деформациям, исходя из условия S  S_u, необходимо учитывать возможность изменения как расчетных S, так и предельных S_u значений деформаций основания за счет применения строительных мероприятий по уменьшению сжимаемости и неоднородности грунтов основания, а также конструктивных мероприятий, направленных на снижение чувствительности сооружений к деформациям оснований.

Для расчета конечных (стабилизированных) осадок фундаментов мелкого заложения наибольшее распространение получил метод послойного суммирования.

Метод послойного суммирования. В наиболее простой постановке осадка находится только от одних вертикальных напряжений, действующих в основании по оси, проходящей через середину фундамента.

После определения размеров подошвы фундамента и проверки всех условий, ось фундамента совмещают с геологическим разрезом грунта и строят эпюру природного давления σ_zg. Эпюра строится по оси фундамента, начиная от поверхности природного рельефа (или планировки).

Затем, зная природное давление на уровне подошвы фундамента σ_zg,о, определяют дополнительное вертикальное давление (сверх природного) на грунт Р₀, которое иногда называют осадочным давлением, подразумевая, что существенная осадка грунта произойдет только от действия дополнительного давления:

P₀ = P_II – σ_{zg, о},

где P_II – полное давление по подошве фундамента.

Установив величину Р₀, строят эпюру дополнительных вертикальных напряжений в грунте σ_zр. Эпюру строят по точкам, для чего толщину грунта ниже подошвы фундамента делят на элементарные слои (h_i = 0,4b).

Напряжение на границе каждого слоя определяют по формуле:

σ_zр = α Р₀, = α(P_II – σ_{zg, о}),

где α – коэффициент, определяемый в зависимости от соотношений п = l / b (здесь l – длина, b – ширина подошвы фундамента) и m = 2z / b (z – расстояние от подошвы фундамента до точки на оси z, в которой определяется напряжение σ_zp).

По нормам толщина элементарных слоев не должна превышать 0,4 ширины или диаметра подошвы фундамента, что, с одной стороны, повышает точность построения эпюры σ_zp, а с другой – позволяет рассматривать эпюру распределения напряжений в пределах каждого слоя как прямоугольную (трапеция) и производить расчет его осадки по формуле одноосного сжатия:

S_i= σ_zg h_i /E_i.

Ограничив сжимаемую толщу глубиной, ниже которой сжатием грунта можно пренебречь (глубина, где дополнительное давление составляет 0,2 природного давления или 0,1 в случае слабых грунтов), полную осадку основания определяют как сумму осадок элементарных слоев в пределах сжимаемой толщи по формуле

S = S_i.

ОКОНЧАТЕЛЬНО: S  S_u (осадка должна быть меньше допустимой).

Если данное условие не выполняется, необходимо изменить размеры фундамента (увеличить площадь подошвы фундамента, глубину заложения), улучшить грунтовые условия (например, уплотнить грунт, увеличив плотность, изменить модуль деформации и т.д.). Если же и это не приведёт к положительным результатам, необходимо перейти к другому типу фундаментов и выбрать другой несущий слой грунта.

Пример расчёта осадки методом послойного элементарного суммирования

Исходные данные:

b = 1,9 м;

d = 2,0 м.

Давление по подошве: 156 кПа.

Количество слоёв грунта: 3 (табл. 4.2).

Таблица 4.2