В. А. ВЕСЕЛОВ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ
ОСНОВАНИЙ
И ФУНДАМЕНТОВ
(ОСНОВЫ ТЕОРИИ И ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА)
Издание второе, переработанное и дополненное
Допущено Министерством высшего и среднего специального образования СССР в качестве учебного пособия для студентов строительных специальностей высших учебных заведений
ББК 38.58
В 38
УДК 624.15.04(075.8)
Рецензенты: кафедра Ленинградского ордена Трудового Красного Знамени инженерно-строительного института (зав. кафедрой д-р техн, наук, проф. Б. И. Далматов).
Веселов В. А.
В 38 Проектирование оснований и фундаментов: (Основы теории и примеры расчета). Учеб, пособие для студентов строит, специальностей вузов. — 2-е изд., перераб. и доп. — М., Стройиздат, 1978.—215 с., ил.
Изложены основы теории и даны примеры проектирования оснований н фундаментов промышленных и гражданских зданий и сооружений. Большое внимание уделено проектированию оснований по предельным состояниям. Рассмотрены теоретические предпосылки рекомендуемых методов расчета. Во 2-м издании приведены новые нормативы в справочные данные. ГОСТы, добавлен новый материал по фундаментам глубокого заложения и условиям производства работ.
Пособие предназначено для студентов строительных специальностей вузов.
30206—486
047(01)—78
166—78
ББК 38.58
6С4.03
В
© Стройиздат, 1978
ПРЕДИСЛОВИЕ
Книга является дополненным и переработанным изданием учебного пособия «Расчет фундаментов и оснований». После выпуска первого издания появились новые публикации и данные по проектированию оснований и фундаментов, утверждены новые ГОСТы, Строительные нормы и правила, Технические условия и рекомендации. Эти материалы, связанные с фундаменто-строением, внесены во второе издание.
В книгу включены новые материалы: глава «Проектирование котлованов» и раздел «Фундаменты глубокого заложения», что потребовало, сохраняя общее направление и построение первого издания, дополнить и откорректировать содержание существующих глав, а также уточнить название пособия.
В разделе «Фундаменты глубокого заложения» рассмотрены только свайные фундаменты и глубокие опоры небольших диаметров, поскольку традиционные фундаменты глубокого заложения — массивные опускные колодцы и кессоны — в промышленном и гражданском строительстве сейчас применяются крайне редко.
В пособии освещено проектирование фундаментов только на естественных грунтовых основаниях. Прочность и деформируемость скальных пород несравнимо выше грунтов, и возведение на них большинства промышленных и гражданских зданий и сооружений не вызывает затруднений. Условия работы скальных пород в основании крупных инженерных сооружений с большими горизонтальными нагрузками имеют специфические особенности, требующие постановки специальных исследований, изучения их геоморфологических и физико-механических свойств и показателей, которые рассматриваются в курсе «Механика скальных пород».
Книга является учебным пособием по курсу «Основания и фундаменты», поэтому в ней излржены преимущественно общепринятые методы расчета и проектирования. Она составлена с учетом новой программы по курсу применительно к учебникам «Механика грунтов» Н. А. Цытовича (изд. 1973 г.) и «Основания и фундаменты» (под ред. Н. А. Цытовича; изд. 1970 г.).
I* Зак. 274
3
Автор приносит благодарность заведующему кафедрой «Механика грунтов, основания и фундаменты» МИСИ им. В. В. Куйбышева чл.-корр. АН СССР, проф. Н. А. Цытовичу, сотрудникам этой кафедры и рецензентам преподавателям кафедры «Основания и фундаменты» ЛИСИ, возглавляемой д-ром техн, наук, проф. Б. И. Далматовым, за полезные советы, данные при подготовке рукописи.
ВВЕДЕНИЕ
Снижение стоимости и обеспечение необходимой надежности сооружений являются одними из важнейших направлений в области капитального строительства, предусмотренных решениями XXV съезда КПСС. Затраты на устройство оснований и фундаментов иногда достигают 20% и более стоимости сооружения. При намеченных в нашей стране грандиозных объемах строительства уменьшение этих затрат даст весьма ощутимый эффект.
Наше государство в соответствии с потребностями общества обеспечивает планомерное развитие науки и подготовку научных кадров, организует внедрение результатов научных исследований в народное хозяйство (статья 26 Конституции СССР).
Совершенствование фундаментостроения обеспечит дальнейшее повышение качества возведения жилых и промышленных зданий и сооружений. Важность этих мероприятий отмечена в материалах по итогам поездки Генерального секретаря ЦК КПСС, Председателя Президиума Верховного Совета СССР товарища Л. И. Брежнева по районам Сибири и Дальнего Востока.
Уменьшение стоимости и обеспечение необходимой надежности сооружений находятся в прямой зависимости от правильной оценки свойств горных пород, обоснованно выбранного типа основания, рационально запроектированных и качественно возведенных фундаментов.
Основание, фундамент и надземная конструкция неразрывно связаны между собой, взаимно влияют друг на друга и по существу должны рассматриваться как одна система. Деформация и устойчивость горных пород основания зависят от приложенной нагрузки, основных размеров и конструкций фундамента, а также от всего сооружения. В свою очередь, основные размеры, конструкция фундамента и конструктивная схема сооружения назначаются в зависимости от напластования горных пород, их сжимаемости и давления, которое они могут воспринять.
При проектировании оснований должны быть определены основные размеры (глубина заложения, размеры и форма по
5
дошвы) и при необходимости предварительно подобраны сечения фундаментов сооружения.
Обычно основания, фундаменты, надземные конструкции проектируют раздельно. Последовательными расчетами устанавливают размеры и конструкции фундаментов, которые отвечают предъявляемым требованиям.
Проектирование фундаментов состоит из двух этапов. Первый включает в себя выбор конструкции и назначение основных размеров фундамента, определение интенсивности и характера распределения давления по его подошве, второй — расчет и конструирование фундамента сооружения.
В соответствии с учебными программами материалы первого этапа проектирования освещаются в курсе оснований и фундаментов, а второго — в курсе строительных конструкций. Здесь рассматриваются только вопросы проектирования оснований и наиболее тесно связанный с ними первый этап проектирования фундаментов.
Проектирование оснований ведется по предельным состояниям. Этот метод позволяет учесть особенности взаимной работы основания и сооружения и, не снижая надежности, более экономично их запроектировать. Основные положения проектирования конструкций и оснований по предельным состояниям были сформулированы Н. С. Стрелецким. Заслуги дальнейшего развития и разработки этого метода всецело принадлежат советским ученым и инженерам. В книге рассмотрены теоретические предпосылки и особенности проектирования по предельным состояниям, приведена последовательность проектирования, указаны требования, которые необходимо соблюдать на каждом этапе проектирования, приведены необходимые для проектирования материалы и примеры расчетов.
Раздел I. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ДАННЫЕ, НЕОБХОДИМЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ
Глава I. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ОСНОВАНИЯХ И ФУНДАМЕНТАХ
§ 1.	Основные понятия и определения
Основанием называют толщу массивных (скальных или раздробленных горных пород) грунтов, на которых возводят сооружения. Основания воспринимают от сооружений нагрузку и в свою очередь оказывают влияние на их прочность, устойчивость и нормальную эксплуатацию.
Грунты состоят из отдельных различных по форме и крупности минеральных частиц. Эти частицы, неплотно прилегая друг к другу, образуют пустоты — поры, заполненные водой или водой и воздухом. В несвязном грунте (песчаные грунты) связи (сцепление) между минеральными частицами ничтожно малы, в связных грунтах (глинистых) прочность этих связей значительно больше, но она во много раз меньше прочности самих частиц.
Грунты обладают большой сжимаемостью и малой прочностью, что необходимо учитывать при возведении на них сооружений.
Грунтовые основания делятся на естественные и искусственно улучшенные. В первом случае они используются в условиях природного залегания или после несложной предварительной подготовки, во втором случае их улучшают различными способами.
Фундаментом называют подземную часть сооружения, расположенную ниже поверхности земли, которая воспринимает нагрузку от надземной части и передает ее на основание (рис. 1.1). Поверхность фундамента, на которую опирается конструкция, и поверхности уступов называют обрезами; поверхность опирания фундамента на основание — подошвой; расстояние от спланированной отметки земли до подошвы — глубиной заложения фундамента.
Объем грунта, который воспринимает нагрузку от фундамента и при этом деформируется, является рабочей частью основания. Этот объем непостоянен. Он зависит от условий нагружения (величины, направления, глубины приложения и изменения во времени действующих нагрузок), размеров и формы площади, через которую передаются нагрузки, свойств и напластования грунтов, их напряженного состояния и де-
7
'формируемости. Объем грунта, который входит в рабочую часть основания, устанавливают применительно к каждому конкретному случаю для всего сооружения, отдельного или группы фундаментов, если они оказывают влияние друг на .друга и их основания сливаются.
Рис. 1.1. Схема фундамента и основания
а — слоистое основание; б — однородное основание; 1 — надземная часть сооружения; 2 — фундамент; 3 — обрезы фундамента; 4 — естественное основание; А — рабочий (несущий) слой основания; Б — подстилающие слои; а — напряжения и е—относительная деформация грунтов
При проектировании по деформациям (осадкам) за основание принимают ту часть грунта, в которой развиваются напряжения о и деформации е, влияющие на его работу (на рис. 1.1 эта часть ограничена пунктиром). Напряжения и деформации в грунтах учитываются в расчетах только в пределах этого объема. Расстояние от подошвы фундамента до низа основания — плоскость II—II—называют мощностью сжимаемой толщи, а плоскости I—I и II—II — ее верхней и нижней границами. Если в пределах сжимаемой толщи залегает скала, то мощность сжимаемой толщи ограничивается поверхностью скалы.
При проектировании по устойчивости за основание принимают объем грунта, который перемещается относительно неподвижного массива — выдавливается из-под сооружения. На рис. 1.2 этот объем грунта заштрихован.
8
Основание, состоящее из одного грунта, называют однородным, а из нескольких пластов — слоистым. Слой, на котором возводят фундамент, называют несущим, а слои, расположенные ниже, — подстилающими. Прочность основания обусловливается прочностью несущего и подстилающих слоев грунта.
Рис. 1.3. Схема фундаментов
а — неглубокого заложения в открытом котловане; б — глубокого заложения; jRs — сопротивление грунта по подошве фундамента; у — то же, по боковой поверхности
Рис. 1,2. Схема основания при развитии областей сдвига
1 — сооружение; 2 — перемещающаяся часть массива грунта; 3 — неподвижная часть массива; в кружках показаны направления нормальных а и касательных т напряжений
Фундаменты делятся на фундаменты глубокого и неглубокого заложения (рис. 1.3). В основу такого деления положены не столько глубина их погружения в грунт, сколько особенности возведения, условия работы и передачи нагрузки на основание.
Неглубокими называются фундаменты, возводимые в открытых котлованах; они окружены насыпным грунтом (засыпка пазух) и практически передают нагрузку на основание только по подошве (Rs).
Глубокими называют конструкции фундаментов, формируемые или погружаемые в грунт с поверхности земли или неглубокого котлована с помощью специальных приспособлений и устройств. Они защемлены в грунте и передают нагрузку на основание по подошве (Rs) и частично, за счет трения, по боковой поверхности (Rf).
В некоторых инженерных сооружениях фундамент составляет одно целое с сооружением и не может быть выделен в самостоятельную конструкцию (например, подпорные стены). В этих случаях основание проектируется для всего сооружения.
§ 2.	Строительные свойства грунтов
Грунты обладают большой сжимаемостью. Их сжимаемость в 500—1000 раз больше сжимаемости камня, бетона и других строительных материалов. Прочность грунтов примерно во столько же раз меньше прочности указанных материалов.
9
Грунты практически не работают на растяжение и сопротивляются только сжимающим и сдвигающим усилиям.
Прочность грунтов оценивается сопротивлением их сдвигу —силами трения и сцепления между минеральными частицами и агрегатами из них. Показатели сдвига зависят от напряженного состояния грунта и, кроме того, от размеров, формы, плотности сложения минеральных частиц, влажности, температуры грунтов и прочих факторов.
Сцепление глинистых грунтов обусловливается наличием первичных — водно-коллоидных и вторичных — структурных (кристаллизационных) связей между частицами.
В песчаных грунтах эти связи малы и часто не учитываются; сопротивление их сдвигу оценивается силами тпения и зацепления между частицами.
При нарушении естественной структуры первичные связи восстанавливаются практически сразу, а вторичные — очень медленно — десятками и сотнями лет, поэтому прочность грунтов в нарушенном состоянии всегда меньше прочности их в естественном состоянии.
Деформации грунтов развиваются во времени. Они продолжаются и после прекращения нагружения при действии постоянной нагрузки.
Грунтам, особенно глинистым, свойственны явления последействия: ползучесть (увеличение деформации во времени при постоянной нагрузке) и релаксация (уменьшение  напряжений при постоянной во времени деформации — «расслабление») .
Увеличение осадки во времени при постоянной нагрузке объясняется постепенным - отжатием воды из пор грунта в процессе уплотнения минеральных частиц (фильтрационная консолидация) и ползучестью скелета глинистых частиц, понимая под скелетом минеральные частицы с прочно связанными водно-коллоидными оболочками (вторичная консолидация). Оба процесса протекают одновременно, но в большинстве случаев можно выделить преобладающий процесс и рассматривать их раздельно.
Деформации ползучести постепенно затухают, если напряжения не превышают предела (порога) ползучести, и приводят к разрушению грунта, если этот предел превышен.
С явлениями ползучести и релаксации связаны понятия — мгновенная, временная (по Н. А. Цытовичу) и длительная прочность грунтов (рис. 1.4).
Мгновенная прочность соответствует началу приложения и кратковременному действию нагрузки. С увеличением времени действия нагрузки временная прочность постепенно уменьшается и стремится к постоянной величине, называемой пределом прочности или просто длительной прочностью.
ю
Деформации оснований под нагрузкой происходят за счет перемещения и перегруппировки минеральных частиц, вызывая сжатие и сдвиг грунтов.
Вертикальные деформации могут происходить за счет осадки и просадки грунтов.
Рис. 1.4. Кривая длительной прочности
°мгн мгновенная прочность; адл“ предел длительной прочности; аВр — временная прочность
Осадка происходит при небольших, преимущественно вертикальных, перемещениях частиц. Грунт сжимается за счет уплотнения частиц без нарушения структуры и сложения, что приводит к упрочнению и улучшению его строительных свойств. Для устойчивости (прочности) оснований сжатие грунтов безопасно.
Просадка происходит при значительных перемещениях частиц с коренным изменением структуры грунта и часто сопровождается выдавливанием его из-под сооружения. Примерами просадки являются деформации лёссовидных грунтов при замачивании и мерзлых грунтов при оттаивании. Проектирование и строительство на таких грунтах имеют свою специфику и в этой книге не рассматриваются.
Деформации сдвига возникают в результате значительных, преимущественно наклонных и горизонтальных необратимых перемещений минеральных частиц. Они сопровождаются изменением в сложении грунтов: происходит перемещение отдельных, в ряде случаев достаточно больших объемов и нарушается сплошность грунта, что вызывает местную или общую потерю устойчивости основания.
§ 3.	Условия работы грунтов в основании сооружений
Основания сооружений следует рассматривать как пространственные системы. Грунты в них от внешних нагрузок и нагрузки от собственной массы находятся в сложном напря-женно-деформируемом состоянии. Любая точка или небольшой элемент грунта подвергается всестороннему действию сил, в результате чего в грунте возникают напряжения и деформации.
Для массива грунта сооружение или отдельные фундаменты являются местной нагрузкой. Напряжения и деформации в основании зависят от размеров и формы подошвы фундаментов, интенсивности внешней нагрузки, положения рассматривае-
11
мой точки. Работа грунтов основания должна оцениваться^ применительно к пространственной, плоской деформации или кч одномерной задаче. Грунты находятся в трехосном напряжен-?] ном состоянии, но с различными значениями составляющих;^ напряжений и величинами деформаций. В пространственной^ задаче деформации развиваются во всех направлениях, в | плоской — в одной плоскости и в одномерной — только в вер-1 тикальном направлении.	I
- Во избежание ошибок при проектировании оснований необ- ’ ходимо предварительно уточнить особенности и условия рабо-| ты в нем грунтов и применительно к ним изучать и опреде- \ лять механические характеристики, используемые в расчетных I формулах. Величины и направления главных нормальных на- « пряжений зависят не только от размеров подошвы фундамен-та, величины и направления действия нагрузки, но и от поло-жения элемента грунта в массиве. Поэтому, например, в ряде случаев образцы в приборах нужно ориентировать так, чтобы загружаемые плоскости совпадали с направлением напряжений (рис. 1.5). Особое значение определении прочностных характеристик
главных это приобретает при в срезных приборах,
t]
7ZWXW


63|
Рис. 1.5. Направление действия а — в основании сооружений; б — в (Jj и аа — главные нормальные напряжения
^3
d.
X $з
6t i
flf ffH
<3/
главных напряжений лабораторных образцах;
где направление сдвига фиксировано. Поверхность сдвига грунтов основания имеет сложное очертание (см. рис. 1.2), и на различных ее участках направления нормальных и касательных напряжений будут разными.
12
§ 4.	Влияние условий нагружения на осадку фундамента
Рассмотрим характерные графики зависимости осадки жесткого штампа от нагрузки при различных режимах нагружения.
При непрерывном возрастании давления с постоянной скоростью (рис. 1.6, о) на графике нет четко выраженных значе-
Рис. 1.6. Графики зависимости осадки от давления на штамп
а — при непрерывном возрастании нагрузки; б — при перерыве в загружении; в — осадка во времени при перерыве в загружении; г — при непрерывном нагружении — разгруженни — нагружении; 1 — слабый грунт; 2 — плотный песок и твердая глина; 3 — пластичный глинистый грунт; 4 — песок
ний предела пропорциональности рПроп между давлением (напряжением), осадкой (деформацией) и разрушающей нагрузкой (временным сопротивлением) рра3р. Предел пропорциональности рпроп принимается условно на границе, где график
13
имеет небольшую кривизну и может быть заменен прямым участком, а рразр — равной нагрузке, при которой происходит выпирание грунта из-под штампа или резкое увеличение осадки (более 10 см).
В случае перерыва в приложении нагрузки осадка фундамента продолжается (на рис. 1.6, б — вертикальный отрезок ааь) В песчаных грунтах осадка затухает быстро, а в глинистых грунтах — медленно. При дальнейшем увеличении давления в некотором интервале (отрезок ахЪ) осадка происходит медленнее, чем при непрерывном нагружении (отрезок ab).
При последовательном нагружении — разгружении— нагружении фундамента кривые нагрузки и разгрузки не совпадают, причем вторичное нагружение вызывает приращение осадки AS (рис. 1.6,г). Полная осадка S складывается из упругой (восстанавливающейся) Synp и остаточной SOCT.
Многократное нагружение — разгружение фундамента уменьшает полную осадку; остаточная осадка при этом уменьшается, а восстанавливающаяся стремится к полной упругой осадке.
На графике зависимости осадки от размеров штампа можно выделить три участка (рис. 1.7): первый для малых штампов площадью F^0,04 м2 — деформация происходит преимущественно за счет выпирания грунта из-под штампа; второй для штампов площадью F» 0,044-6,2 м2 и третий для штампов площадью F>0,2 м2 — деформации происходят в основном от уплотнения грунтов. Для штампов площадью до 10—15 м2, а иногда и более на третьем участке осадку можно считать пропорциональной площади фундамента.
Рис. 1.7. Графики зависимости осадки от размеров штампа при постоянных давлениях
1,2,3 — соответственно при давлении Рь Ра н Ра

У глубоких фундаментов характер осадки зависит от условий и глубины их погружения. С увеличением глубины заложения осадка уменьшается; кривые зависимости S=f (р) становятся более пологими, на многих из них нет явно выраженных значений рпроп и рразр.
М
§ 5. Оценка прочности грунтов оснований
По данным наблюдений, деформации и потеря устойчивости оснований, сложенных плотными и средней плотности песками, под небольшими, неглубокими фундаментами (й< <0,5 Ь) происходят в указанной ниже последовательности.
В начале нагружения грунты основания сжимаются в результате небольших перемещений частиц вниз с незначительным отклонением от вертикали (рис. 1.8,а). Зона деформации по глубине превышает ширину фундамента. Чем плотнее грунт, тем большую глубину захватывает эта зона.
а) , I
Рис. 1.8. Схема развития деформаций в грунтах основания
а — при уплотнении; б — при развитии местных областей сдвига; в — при потере устойчивости от центрально приложенной нагрузки; г — то же, от внецентренно приложенной нагрузки; / — зона сдвига; 2 — уплотненное ядро
При увеличении давлений у краев фундамента образуются области местного сдвига грунта (рис. 1.8,6), которые развиваются и захватывают все большие и большие участки. Одновременно под фундаментом формируется уплотненное грунтовое ядро, которое перемещается вместе с фундаментом и отделяется от окружающего грунта поверхностями скольжения или разрыва. При опускании ядро расклинивает окружающий грунт, способствует развитию областей сдвига и перемещению грунта по направлению наименьшего сопротивления — в сторону и вверх. В конечном итоге, возникают поверхности скольжения, которые выходят за пределы подошвы; происходит выпирание грунта из-под фундамента—потеря устойчивости грунтов основания. Вместе с деформацией основания происходит резкое опускание фундамента, его смещение и поворот (рис. 1.8, в, г).
15
Под фундаментами средней глубины заложения (h^2b) характер деформаций основания примерно такой же, но поверхность скольжения имеет S-образное очертание (рис. 1.9), а призма выпирания — более крутой наклон. При этом за счет перемещения большого объема грунта величины рПроп и Рразр увеличиваются.
В рыхлых песках разрушение происходит при небольшом давлении и больших осадках. Кривая S=f(p) имеет плавное криволинейное очертание, рПроп выражено неявно. Минераль-
ные частицы уплотняют окружающий грунт, и при потере устойчивости выпирание его на поверхность может не происходить.
С увеличением плотности песка увеличивается значение рПроп, разница между рвроа и рра3р уменьшается, потеря устойчивости наступает при малых осадках и больших значениях давления (см. рис. 1.6,а).
В основаниях из пластичных глинистых грунтов процессы деформации близки к рассмотренным. Потеря устойчивости оснований происходит в результате
Рис. 1.9. Схема развития деформаций в грунтах при различной глубине заложения фундаментов
вязкопластичного выдавливания грунта и зависит от скорости приложения нагрузки: чем больше скорость ее приложения, тем при меньших давлениях будет происходить потеря устойчивости. При быстром нагружении глинистый грунт не успевает уплот-
ниться, поэтому сопротивление его сдвигу невелико.
В твердых глинистых грунтах картина разрушения основания примерно такая же, как и в плотных песках. Разрушение происходит в результате перемещения грунта после преодоления сопротивления сдвигу.
В фундаментах глубокого заложения (h^2b) в начале нагружения также происходит уплотнение грунта в условиях ограниченного бокового расширения и образования уплотненного ядра, однако перемещению минеральных частиц из-под фундамента в сторону и вверх препятствует пригрузка грунта, залегающего выше подошвы фундамента, вне его контура. Чем глубже заложен фундамент^ тем большая сила необходима для смещения этого объема грунта. Выпора грунта на поверхность не происходит, области предельного равновесия развиваются в замкнутом объеме (см. рис. 1.9), частицы перемещаются, уплотняя окружающий грунт, и явной потери устойчивости грунта не наблюдается. Предельное давление на основание устанавливают по нарастанию осадки, когда фунда
16
мент вместе с упругим ядром и некоторым объемом грунта вдавливается в ниже лежащие грунты.
Связь между осадкой фундаментов неглубокого заложения и развитием деформаций грунтов основания установлена Н. М. Герсевановым. В начале загружения, когда преобладают деформации уплотнения грунта, осадка основания увеличивается медленно, примерно прямо пропорционально давлению. С увеличением давления, с развитием деформаций сдвига осадка нарастает быстрее, и к моменту потери устойчивости основания вертикальные деформации приобретают максимальные значения.
Рис. 1.10. Графики изменения осадки
а — при увеличении давления; б — во времени в I фазе напряженного состояния грунтов основания; в — то же, во II фазе
При непрерывном увеличении вертикального давления возникают (по Н. А. Цытовичу) две фазы напряженного состояния грунтов: I фаза — уплотнения и локальных сдвигов (участок ОА, рис. 1.10,а), II фаза — развития значительных сдвигов (участок АВ).
Если в пределах участка ОА прекратить нагружение, то при любом давлении наблюдается затухание осадки (рис. 1.10, б).
На графике затухания осадки во времени во II фазе (рис. 1.10, в) можно выделить три участка: на первом участке Оа скорость деформации постепенно уменьшается; второй участок характеризуется изменением осадки с постоянной скоростью; на
17
третьем участке происходит либо постепенное затухание осадки, либо прогрессирующие деформации, которые приводят к полной потере устойчивости основания. Кривая, соединяющая точки Ьз, Ь4 и Ь5,—-кривая длительной (временной) прочности, .показывающая, при какой нагрузке и через какой промежуток времени произойдет потеря устойчивости основания.
Прочность основания оценивается начальным критическим и предельными давлениями.
Начальное критическое давление рНач.кр соответствует границе между I и II фазами (точка А на рис. 1.10, а), до которой преобладают безопасные для прочности грунтов деформации уплотнения. Превышение этого давления вызовет местную потерю устойчивости грунтов, поэтому среднее давление на основание зданий и сооружений не должно превышать рНач.кр-Величину этого давления принимают и за предел пропорциональности между давлением и деформацией грунтов основания — Рнач.кр Рпроп-
Предельное давление рПред соответствует полному использованию несущей способности основания (точка В на рис. 1.10, а). Незначительное его превышение вызовет потерю устойчивости ОСНОВаНИЯ И Сооружения, Т. е. Рпред~ рразр-
Давление, которое не вызывает разрушения основания, должно быть меньше рпред- Соотношение рнач.кр/рпред в известной мере характеризует запас прочности основания.
К грунтам, которые находятся в первой фазе напряженного состояния, применима теория линейно-деформируемых тел, а во второй фазе — теория предельного напряженного состояния.
Для вертикальных нагрузок начальное критическое давление определяется по формуле (1.1), полученной Н. П. Пузыревским для песков и развитой Н. М. Герсевановым для глинистых грунтов:
л
'	11	\
£Уц Ji+—— + гмакс гТп\ + СР tg фи
Рнач. кр -------—
ctg<Pn —у + Фп + еу;1срл,
(1.1)
где у,, —усредненная объемная масса грунтов, залегающих выше по-ср
дошвы (может быть засыпка пазух котлована); уп, фи и сц — соответственно объемная .масса, угол внутреннего трения л сцепление (для песков — параметр линейности) грунта, залегающего .под подошвой фундамента; ft — глубина заложения фундамента; zM акс '— М2КСИМ2ЛБН2Я ррДИН2Т2 р23ВИТИЯ области предельного равновесия в грунте основания; g — ускорение свободного падения: g« 10 м/с2.
Расчетные значения характеристик грунта по несущей способности в нормах обозначаются <р,, ср уг а по деформациям— 'Фп’с1рУп- Эти обозначения приняты в дальнейшем.
18
Решение получено для условий плоской задачи при нагружении однородного основания вертикальной равномерно распределенной нагрузкой (ленточный фундамент). Напряжение в основании определено по формулам теории упругости, а потеря устойчивости определена по теории предельного напряженного состояния.
В расчетной схеме (рис. 1.11) приняты следующие допущения: фундамент находится на поверхности массива грунта; объемная масса грунта, залегающего выше подошвы, заменена пригрузкой срй; трение грунта на подошве фундамента отсутствует; давление распределено по подошве фундамента равномерно и не зависит от его жесткости.
Рис. 1.11. Расчетная схема к определению начального критического давления на грунты основания
/ — начало развития областей предельного равновесия в грунтах основания; 2 — допустимое развитие этих областей
Равномерное давление на основание, при котором зарождаются области предельного равновесия (по Пузыревскому), будет при 2макс=0.
По формуле (1.1) в несколько измененном виде определяется нормативное и расчетное давление на грунты основания (см. § 25). Поскольку, однако, за счет принятых предпосылок и допущений формула (I..1) дает заниженные результаты, нормативное давление по СНиП рекомендуется определять при 2макс=0,256, т. е. как бы допускается местное развитие областей предельного равновесия в основании на эту глубину (см. рис. 1.11). Для перехода от нормативного давления к расчетному в формулу (1.1) вводятся дополнительные коэффициенты (см. гл. V).
19
Для идеально связных грунтов (практически для глинистых грунтов с ф^4°) формулу (1.1) можно представить в виде
Рнач. кр = л С Ч-g Тп h-	(!-2)
г	ср
По формуле (1.1) напряжение в основании определяют для любых фундаментов, однако следует учесть, что замена пригрузкой q грунтов, залегающих выше подошвы фундамента, уменьшает рпач.кр с увеличением глубины его заложения, а введение условия гмакс=0,25Ь увеличивает рНач.кР с уширением фундамента.
§ 6. Контактные давления
Взаимное влияние оснований и фундаментов в расчетах заменяют контактными давлениями по подошве фундамента и на поверхности осаования (рис. 1.12). Очертание эпюры этих давлений зависит от жесткости конструкций, условий нагружения и напряженного состояния грунтов. Чем жестче конструкция, тем больше она влияет на очертание эпюры контактных давлений.
Рис. 1.12. Схема действия контактных давлений
1 — фундамент; 2 — основание
Рис. 1.13. Схема действия эпюры контактных давлений при возрастании нагрузки иа фундамент
1 — очертание эпюры по теории упругости; 2 — очертание эпюры по опытным данным при умеренных давлениях; 3 — то же, при давлениях, близких к предельным; 4 — эпюра средних значений контактных давлений
По теории упругости эпюра давления в середине имеет минимальное давление, а по краям — бесконечно большие давления (рис. 1.13).
По В. А. Флорину, очертание эпюры контактных давлений зависит от развития областей предельного состояния в основании. При небольших нагрузках ее очертание близко к теоретическому, но с конечными величинами по краям. С увеличением нагрузки (при зарождении областей предельно напряженного
20
состояния грунтов под фундаментом) напряжения по краям резко уменьшаются, и эпюра контактных давлений приобретает седлообразное очертание. По мере увеличения нагрузки области предельно напряженного состояния развиваются, напряжения в средней части возрастают быстрее, чем по краям, и эпюра контактных давлений постепенно из седлообразного переходит в параболическое и даже колоколообразное очертание (см. рис. 1.13).
Переход от седлообразной к параболической эпюре происходит примерно при средних давлениях, близких к рНач.кр.
Особенности развития контактных давлений под фундаментами глубокого заложения изучены недостаточно. Можно предположить, что очертание их эпюр меняется более плавно и даже при весьма больших давлениях близко к седлообразному.
Для основания контактные давления являются местной нагрузкой. Осадка основания больше зависит от величины, направления и места приложения равнодействующей нагрузки к фундаменту, чем от условий распределения давлений по подошве. Поэтому при подборе основных размеров фундамента и расчете оснований эпюру контактных давлений условно принимают изменяющейся по линейному закону. В расчетах конструкций фундаментов и при их армировании следует учитывать очертайие эпюры.
§ 7. Напряжения в грунтах от внешней нагрузки
В грунтах, находящихся в первой стадии напряженного состояния, напряжения от внешней нагрузки с некоторыми допущениями определяются по формулам теории линейно-деформи-руемых тел. Напряжения, найденные по этим формулам, соответствуют конечным осадкам. Из-за необратимости деформаций и изменения их во времени формулы, строго говоря, применимы для однократного приложения нагрузок. Поэтому принципом независимости действия сил можно пользоваться в тех случаях, когда все нагрузки приложены одновременно и определяются их суммарные напряжения. Суммировать напряжения от нагрузок, приложенных с интервалами, нужно с учетом деформаций и изменений свойств грунтов от предыдущих нагружений.
Осадку грунтов основания в большинстве случаев определяют только от вертикальных нормальных напряжений оу, которые в любой точке основания находят по формуле
Ог = ОРос>	(ОЗ)
где Рос—давление на подошве фундамента, вызывающее осадку; а — коэффициент рассеивания напряжений, зависящий “от характера нагрузки, формы подошвы фундамента и координат точки, в которой определяют напряжение.
Значения коэффициента а для некоторых видов нагрузок приведены в таблицах приложения (см. в конце учебного пособия). Комбинируя эти нагрузки, можно найти суммарные на
21
пряжения для других видов нагружения. Для тех нагрузок, которые не указаны в приложении, напряжения в основании можно определить методами угловых точек и элементарного суммирования напряжений.
Применяя метод угловых точек, нагруженную площадь делят на ряд прямоугольников (/, II, III, IV) так, чтобы для каждого прямоугольника расчетная вертикаль и точка М, в которых определяются напряжения, были угловыми (рис. 1.14).
Рис. 1.14. Схема членения площади нагружения на прямоугольники для определения напряжений методом угловых точек
Нагрузка на прямоугольных площадках может быть в виде прямоугольной, треугольной или трапецеидальной призмы. С помощью табл. 1 и 3 приложения определяют напряжения в точке Мс от каждого нагруженного прямоугольника, а затем суммируют их от всех прямоугольников.
Для точек, расположенных на вертикалях, находящихся в пределах контура прямоугольной нагруженной площади (см. рис. 1.14), напряжения суммируют:
°г = а* рос + а’1 рос+ а”1 рос + a'v рос,	(1.4)
где ас — коэффициент рассеивания напряжений под угловой точкой соответствующего прямоугольника.
Для вертикалей, расположенных на контуре прямоугольной нагруженной площади, напряжения суммируются от двух прямоугольников I и II (рис. 1.15,а).
Для точек вне нагруженной площади добавляют фиктивную нагрузку таким образом, чтобы вертикаль с точкой Л1С совпадала с контуром новой прямоугольной нагруженной площадки (рис. 1.15,6). Напряжение в точке Л1С определяют, суммируя напряжения от двух прямоугольников (/, II) с действующей и фиктивной нагрузкой, а затем, вычитая напряжения от прямоугольников (III, IV) с фиктивной нагрузкой:
аг = а[ рос + 41 Рос — а"1 Рос —	рос.	(1.4а)
Метод элементарного суммирования позволяет приближенно определить напряжения для любой нагрузки. Для этого на
122
груженную площадь делят на элементарные, преимущественно квадратные, площадки конечных размеров. Распределенную нагрузку на каждой площадке заменяют сосредоточенной силой,
Рис. 1.15. Членение площади нагружения для определения напряжений методом угловых точек
а — для точек, лежащих на оси, проходящей через контур нагружённого прямоугольника; б — то же, для оси, расположенной вне нагруженного прямоугольника
Рис. 1.16. Схема к определению напряжений элементарным суммированием
приложенной в центре тяжести нагрузки (рис. 1.16). Напряжение в любой точке основания определяется как сумма напряжений от этих сосредоточенных сил:
"	"	р
а*=	>	(1.5)
1 1
где Pi — сосредоточенная сила, приложенная на элементарной площадке; z — расстояние от поверхности приложения силы до рассматриваемой точки; Kt — табличный коэффициент, зависящий от отношения г : z (см. табл. 6 приложения) ; г — горизонтальное расстояние от точки, где приложена сила, до оси, на которой определяют напряжения.
Для устранения искажений результатов расчета от замены распределенной нагрузки на элементарной площадке сосредоточенной силой напряжение следует определять, начиная с глубины, вдвое большей ширины данной площадки bi).
Точность расчета зависит от числа элементарных площадок. По сравнению со строгим решением ошибка от замены распре-
23
деленной нагрузки сосредоточенной силой с удалением от места ее приложения уменьшается. Так, например, величина этой ошибки в зависимости от отношения — длина элементарной прямоугольной площадки) составляет:
li-rt......................... >/2	1/з	'/4
ошибка, %....................... 6	3	2
Приведенные выше формулы и способы определения напряжений распространяются не только на однородные, но и на слоистые основания. Исключение составляют основания, подстилаемые на небольшой глубине скальными породами. В грун-
0)
*)
Ь
~ ^Poc
ИН»Н|
^—\РОс
Z -0,5b
1Ъ
1,5b
2b-
<5г =0,55Рое
гишп
<5"z - /Рдс	—т-1--1--ЦНИИ |	,	| I !|!|
O^O-OOPoc^'1'5'1 ~0,5 |<7 0,5 1 1,5 28
rt
0.51^10,28™
О^О^Рдс
0,19 l~2b Q55% T51W
1=ЗЬ
56
бг =0,21РОС

Z

I
Рис. 1.17. Эпюра распределения напряжений под полосовой нагрузкой а — по вертикальной оси; б — по горизонтальным осям
Рис. 1.18. Линии одинаковых вертикальных напряжений (изобары) под полосовой нагрузкой
тах таких оснований происходит концентрация напряжений.
Напряжения в толще основания изображаются в виде эпюр по вертикальным (рис. 1.17,а) и горизонтальным осям (рис. 1.17,6) и линий равных напряжений (рис. 1.18). При симметричных нагрузках напряжения тоже симметричны и определяются для половины основания.
Для построения эпюр определяют напряжения в точках, для которых в таблицах приложения приведены коэффициенты а, откладывают их в выбранном масштабе и соединяют плавной кривой.
Наибольшее изменение напряжений происходит в зоне, при-
24
мыкающей к подошве фундамента. В этой зоне расстояние между точками берется через 0,2—0,4 ширины или диаметра фундамента (эти расстояния соответствуют интервалам в таблицах). С удалением от подошвы эти расстояния можно увеличить.
Линии одинаковых напряжений строят на прямоугольной сетке, в узловых точках которой определяются напряжения. Стороны квадратов назначают так, чтобы отношение их величин к размерам фундамента соответствовало табличным, для которых приведены значения коэффициентов а. Если в этих точках значения напряжений получились дробными, то на вертикальных и горизонтальных линиях находят положение точек с напряжениями, выраженными целыми числами. Точки с одинаковыми напряжениями соединяют плавными кривыми.
§ 8. Природное давление грунтов
Природным (бытовым) давлением называют напряжения от давления массы выше лежащих грунтов в естественных условиях.
Природное давление в однородном грунте на глубине h
Pnp = gyh,	(1.6)
а на контакте слоев п и п+1 в неоднородных основаниях
Рар	Т1Л1 + Т2Л2+ • • • + ЧМ = Pnp(/>-i) + ^Ynftn. (L6a)
где Yi, у2  уп — объемные массы вышележащих слоев грунта; hi, 1г2,..., hn — мощности слоев этих грунтов.
Эпюра природного давления в первом случае изобразится прямой, проходящей через начало координат (рис. 1.19,а), а во втором — ломаной линией с точками перегиба на границах слоев (рис. 1.19,6).
Рис. 1.19. Эпюры природных давлений
а — при однородном основании; б — при слоистом основании; в — при грунтовых водах; г — при водонепроницаемом слое; У ГВ — уровень грунтовых вод
Объемная масса грунтов, залегающих ниже уровня грунтовых вод, определяется с учетом взвешивания твердых частиц:
где у« и ум—объемная масса, соответственно минеральных частиц грунта и воды; е — коэффициент пористости.
25
Если объемная масса грунта у определена в естественном состоянии с заполнением всех пор водой (степень влажности G=l), то во взвешенном состоянии она будет равна: увзв= ===’Y у го.
Природное давление в этом случае определяют по формуле (1.6а), рассматривая пласт с грунтовыми водами, состоящим из двух слоев с разными объемными массами: у и увзв. Эпюра природного давления на уровне грунтовых вод имеет резкий перелом, ниже его линии эпюры более отвесны (рис. 1.19,в).
Если в толще основания находится водонепроницаемый слой — глина и суглинок в твердом состоянии, то на его кровлю передается давление от грунта и грунтовых вод (рис. 1.19,г); формула (1.6а) запишется в виде
Рпрп= Pnp(n-l) +р(Увзв + Yw) V	(1-66)
Природное давление определяют от существующей поверхности земли, исключение составляют площадки со свежеотсы-панными насыпями. Под этими площадками естественные грунты еще не уплотнились, и природное давление следует определять от естественной поверхности, которая была до отсыпки.
§ 9.	Особенности проектирования естественных оснований
Рассмотренные условия работы грунтов позволяют сделать ряд выводов, которые необходимо учитывать при проектировании оснований.
Прочность и устойчивость грунтов основания оцениваются двумя предельными давлениями — рНач.кр и рПред. Грунты должны находиться в I фазе напряженного состояния, и среднее давление по подошве фундамента не должно превышать начальное критическое (рСр^Рнач.кр), что гарантирует устойчивость основания.
Предел пропорциональности между давлением и осадкой условно принимается равным начальному критическому давлению (рПроп~Риач.кр). В пределах этого давления к грунтам применима теория линейно-деформируемых тел, а при больших давлениях — теория предельного напряженного состояния.
При строительстве на естественных основаниях всегда возникает осадка, величина которой зависит как от интенсивности давлений, так и от глубины заложения, размеров и формы подошвы фундамента, условий возведения. В песчаных грунтах процесс осадки завершается во время строительства, поэтому затухание осадки во времени определяют для оснований, сложенных глинистыми грунтами.
Строительные свойства грунтов основания после уплотнения улучшаются. Это должно учитываться при проектировании
26
оснований, нагружаемых с большим интервалом (реконструкция и надстройка зданий, возобновление строительства после длительного перерыва и т. д.). Соответствующий режим нагружения позволяет снизить общую осадку и повысить давление на грунт.
Кроме того, проектирование оснований имеет ряд особенностей, существенно отличающих его от проектирования других конструкций и элементов сооружений. К этим особенностям относятся следующие.
1.	Грунты основания не выбирают, и, таким образом, фундаменты, конструкции и схемы зданий и сооружений должны быть приспособлены к геологическим и грунтовым условиям строительной площадки.
Разнообразие инженерно-геологических условий, пестрота напластований грунтов, различие их прочностных свойств требуют индивидуального проектирования оснований каждого здания и сооружения.
Правильно выбранная строительная площадка во многом определяет рациональное решение устройства оснований и подземных элементов сооружений, их стоимость и нормальную эксплуатацию.
2.	Геологические условия района строительства и отдельных площадок непостоянны. Они изменяются в результате естественного исторического течения геологических процессов (изменение и перемещение горных пород в результате действия воды и ветра, замерзания и оттаивания, оврагообразования, оползневых, сейсмических и прочих явлений) и инженерно-хозяйственной деятельности человека (освоение и благоустройство территории, мелиоративные работы, разработка полезных ископаемых, возведение и эксплуатация зданий и сооружений).
Эти изменения в наибольшей мере проявляются в районах с особыми региональными условиями. Например, в районах распространения лёссовидных грунтов возможна просадка грунтов при замачивании; в районах распространения вечномерзлых пород— просадка мерзлых грунтов при протаивании и морозное пучение верхних слоев грунта при зимнем промерзании; в районах горных выработок, добычи нефти и природного газа, эксплуатации артезианских скважин и откачки подземных вод возможно опускание поверхности территории; в районах с набухающими глинистыми грунтами —их пучение при увлажнении; в засушливых районах возможны набухание и усадка грунтов при изменении их влажности.
Проектируя основания, нужно предвидеть возможные изменения и предусматривать мероприятия, направленные к исключению вредного влияния этих изменений на здания и сооружения.
27
3.	Грунты обладают малой прочностью и большой деформируемостью, практически они сопротивляются только сжимающим и касательным напряжениям. Поэтому при проектировании естественных оснований следует учитывать эту особенность и прогнозировать неизбежные осадки возводимых зданий и сооружений.
Прочностные и деформационные показатели меняются в зависимости от состава, условий происхождения и существования грунтов. Они могут изменяться и после возведения на них зданий и сооружений. Эти показатели должны оцениваться для каждого слоя основания, каждого фундамента.
4.	Основания разных зданий и сооружений и их отдельных элементов в одинаковых грунтовых условиях различны. Давления от фундаментов на горные породы передаются через сравнительно небольшую площадь. Напряжения и деформации от такой местной нагрузки возникают в ограниченном объеме грунтового массива. Этот объем, рассматриваемый как основание, изменяется в зависимости от геологического напластования и механических свойств грунтов, слагающих строительную площадку, от глубины заложения, формы и размеров площади подошвы и жесткости фундамента, интенсивности нагрузки и других факторов, оказывающих влияние на распределение давлений под подошвой фундамента и в толще основания. Например, при одинаковом давлении на подошве объем сжимаемого грунта и осадки широкого ленточного фундамента больше, чем узкого (рис. 1.1,а,б).
Основания не могут быть унифицированы, как другие элементы зданий и сооружений, и требуют индивидуального проектирования — привязки типового проекта к местным грунтовым условиям. В одинаковых природных грунтовых условиях для одного и того же здания возможно несколько правомочных решений оснований и фундаментов, и при проектировании следует выбирать технически наиболее целесообразный и экономичный вариант.
5.	Основание необходимо проектировать с учетом особенностей возводимых зданий и сооружений. Деформации грунтов оснований, даже весьма большие, не характеризуют потерю несущей способности основания, однако они влекут за собой перемещения и деформации фундаментов, надземных конструкций и частей здания, которые могут превысить допустимые.
Проектировать основания следует с учетом совместной работы основания — фундамента — сооружения. Нужнр учитывать назначение зданий и сооружений, их конструктивные схемы, материал несущих конструкций, чувствительность к деформациям, условия прочности и устойчивости всего сооружения и отдельных элементов, технологические и эксплуатационные требования, условия приложения постоянных и временных
28
нагрузок, принимая во внимание, что каждая приложенная и снятая нагрузка вызывает остаточную деформацию.
6.	Проектируемые основания заменяются расчетными моделями и схемами, многие из которых полностью не учитывают всех сложностей, всего многообразия и особенностей геологического строения и условий работы грунтов в основании. Для получения решений в замкнутом виде довольно часто вводятся упрощения, допущения, исключается влияние отдельных факторов, а иногда прибегают к отвлеченным схемам и моделям. В ряде случаев используются приближенные решения и эмпирические формулы.
Во избежание грубых ошибок при использовании существующих решений и расчетных формул нужно выявить предпосылки, положенные в их основу, принятые в выводах допущения и упрощения, и уточнить, в какой мере они отвечают реальным условиям работы проектируемого основания. Нельзя допустить, чтобы для расчета были использованы формулы и схемы далеко за пределами их применимости.
В сложных геологических условиях при проектировании оснований ответственных зданий и сооружений, учитывая весь комплекс геологических, грунтовых и строительных условий, иногда приходится корректировать расчеты. Бывает полезно провести расчеты по формулам и схемам с разными допущениями и предпосылками.
Особенности грунтов и условия работы их в основании наиболее полно учитываются при проектировании по предельным состояниям. Обеспечение совместной работы оснований и подземных конструкций, ограничение неизбежных осадок и гарантия необходимой устойчивости и прочности грунта являются главными требованиями расчета оснований по предельным состояниям. Геологические условия, свойства грунтов основания и вероятные их изменения могут быть оценены непосредственно или с помощью специальных коэффициентов, вводимых в расчетные формулы и схемы.
Проектирование оснований представляет собой комплексную задачу, при решении которой приходится учитывать общие инженерно-геологические условия строительной площадки, свойства слагающих ее грунтов, конструктивные и эксплуатационные особенности проектируемых зданий и сооружений, условия производства работ по устройству оснований, возведению фундаментов и надземных конструкций.
Современное состояние инженерной геологии, строительного грунтоведения, механики грунтов и строительных конструкций позволяет достаточно обоснованно провести такое проектирование, выполнить необходимые расчеты, сравнить возможные варианты.
29
Глава II. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОСНОВАНИЙ ПО ПРЕДЕЛЬНЫМ СОСТОЯНИЯМ
§ 10.	Общие положения
Основные требования расчета по предельным состояниям заключаются в том, чтобы усилия, напряжения, деформации и перемещения отдельных конструкций, основания или всего сооружения были близки к установленным предельным величинам и не превышали их.
Предельные состояния подразделяются на две группы.
Первая группа по потере несущей способности — потеря устойчивости или формы, всевозможные виды разрушений, ползучесть или текучесть материала, чрезмерное раскрытие трещин и другие подобные дефекты всего сооружения или отдельных конструкций.
Вторая группа по непригодности к нормальной эксплуатации-—возникают недопустимые премеще-ния (прогибы, осадки, углы поворота и т. п.), трещины, колебания, затрудняющие нормальную эксплуатацию всего здания и сооружения или отдельных участков.
Чрезмерные осадки, сдвиги и выпирание грунта из-под сооружения не вызывают полную потерю несущей способности основания как отдельно рассматриваемого элемента сооружения. Перемещение и перераспределение объемов грунта, восстановление первичных связей между частицами приводит к новым условиям равновесия. Грунт, даже после весьма больших перемещений, оказывает сопротивление внешним нагрузкам, т. е. обладает несущей способностью. В то же время развитие осадки и потеря устойчивости грунтов оснований могут повлечь за собой недопустимые деформации, частичную или полную потерю устойчивости возводимых на них зданий и сооружений и их отдельных элементов. В результате предельные состояния оснований должны устанавливаться сообразуясь с условиями эксплуатации, прочности и устойчивости проектируемых зданий и сооружений. Они назначаются из условия, чтобы перемещения грунтов в основании не вызывали ни одного- из предельных состояний в здании или сооружении в целом и в их отдельных конструкциях, были для них безопасны и допустимы.
При проектировании по несущей способности определяется предельная и устанавливается безопасная нагрузка на основание
Потеря прочности (устойчивости) грунтов основания обу
30
словлена развитием в основании областей сдвига, которое приводит к предельному напряженному состоянию всего основания. В этом случае грунт находится во II фазе напряженного состояния (см. рис. 1.10), а давление по подошве фундамента близко к предельному (р^Рпред). Малейшее увеличение нагрузки или уменьшение размеров подошвы фундамента приведет к развитию сдвигов, потере устойчивости, необратимым деформациям основания.
Потеря устойчивости грунтов основания сопровождается резкими и неравномерными осадками зданий и сооружений и вызывает недопустимые деформации или потерю устойчивости отдельных элементов, конструкций или всего сооружения. Первые предельные состояния сооружения и основания совпадают, поэтому они устанавливаются из условия потери устойчивости грунтов оснований (см. рис. 1.10).
Устойчивость основания сооружений обеспечивается снижением предельной нагрузки на грунты до безопасной. При расчете вводятся соответствующие расчетные коэффициенты. Величина безопасной нагрузки близка к начальной критической нагрузке, и, следовательно, предельное состояние по несущей способности основания не соответствует предельному напряженному состоянию грунтов.
При проектировании по деформациям определяются величины и характер перемещений различных точек поверхности основания, устанавливаются виды и предельные значения возможных деформаций проектируемых зданий и сооружений.
Грунт при вертикальном перемещении оснований, которое является преобладающим, находится в I фазе напряженного состояния, и давление по подошве близко к начальному критическому давлению.
Осадка грунтов в I фазе напряженного состояния безопасна для прочности основания, но ее величина может быть недопустима по условиям нормальной эксплуатации сооружений. Поэтому второе предельное состояние основания устанавливается исключительно из условий работы возводимых зданий и сооружений и ограничивается величинами их предельных деформаций.
Таким образом, проектирование оснований по предельным состояниям сводится к установлению таких основных размеров фундаментов (глубины заложения, размеров и формы подошвы), при которых напряжения и все возможные виды деформации оснований от самых невыгодных комбинаций нагрузок не вызывали бы предельных состояний в надземных конструкциях в течение всего периода эксплуатации. Удовлетворение требований первого предельного состояния гарантир'ует прочность и устойчивость грунтов основания, а второго — ограничивает деформации надземных конструкций. Запроектировать основание с одновременным полным удовлетворением условий обоих предельных состояний удается крайне редко. Определенных соотноше-
31
ний между деформациями и устойчивостью грунтов основания не существует, и они требуют независимого рассмотрения и анализа.
Большая сжимаемость грунтов под нагрузкой выдвигает на первое место по своей значимости расчеты оснований по второму предельному состоянию — по деформациям. Однако развитие деформаций менее опасно, чем потеря устойчивости, которая часто возникает внезапно и быстро выводит из строя здания и сооружения. Деформации же развиваются постепенно, и своевременное принятие мер позволяет их остановить.
§ 11.	Расчетные коэффициенты
При проектировании по предельным состояниям прочность (устойчивость), заданные величины деформации сооружения и его основания гарантируются введением расчетных коэффициентов, которые позволяют раздельно учесть особенности грунтов основания, конструктивных схем сооружения, действующих нагрузок и их сочетаний.
Коэффициент перегрузки п учитывает возможные отклонения расчетных нагрузок, принятых в проекте, от действительных. Для получения расчетных нагрузок их нормативные величины умножают на коэффициент перегрузки. Величины нормативных нагрузок и коэффициентов перегрузок приведены в СНиП П-6-74 «Нагрузки и воздействия».
В расчетах по деформациям коэффициент перегрузки для всех видов нагружения принимается равным 1.
В расчетах по устойчивости коэффициент перегрузки назначают дифференцированно с учетом назначения здания и сооружения и условий их эксплуатации. Для нагрузок от строительных конструкций значения коэффициента перегрузки колеблются от 1,1 до 1,3; для временных равномерно распределенных нагрузок— от 1,2 до 1,4 и для нагрузок от оборудования — от 1,1 до 1,2. Для грунтов в природном залегании принимают п=1,1 и насыпных — п—1,2. Этот коэффициент вводится в тех случаях, когда увеличение массы грунта ухудшает работу конструкций и оснований (когда грунт оказывает активное давление и способствует потере их устойчивости). Если же увеличение нагрузки от грунта улучшает работу конструкций и оснований, например способствует сохранению устойчивости в расчетах естественных оснований и ограждений и в расчетах сооружений на устойчивость против всплывания, скольжения и т. п., то вводится коэффициент перегрузки п=0,9.
Изменение объемной массы грунта, связанное с существенным изменением его влажности, учитывается дополнительно.
В расчетах оснований и фундаментов зданий с двумя и бо-
32
/
лее этажами, учитывая малую вероятность одновременного нагружения их всех наибольшей временной нагрузкой, ее суммарное значение уменьшают — вводят понижающий коэффициент (см. гл. IV).
Коэффициент сочетания пс учитывает вероятность одновременного действия нескольких различных по своему характеру нагрузок: постоянных, временных длительных и кратковременных. В зависимости от условий работы и принятой расчетной схемы на коэффициент сочетания умножают нагрузки, приложенные ко всему зданию или сооружению или к отдельным конструкциям и элементам.
Коэффициент безопасности k учитывает возможные неблагоприятные отклонения от нормальных значений физических и механических характеристик и показателей грунтов, неоднородность, неточность определения, случайность отбора проб для использования и др. На этот коэффициент делят указанные характеристики и показатели.
Коэффициент надежности ka учитывает степень ответственности и капитальности зданий и сооружений, недостаточную изученность действительной работы и предельных состояний отдельных конструкций и оснований. На него либо делят предельные значения несущей способности основания, расчетные сопротивления грунтов, предельные деформации, либо умножают величины расчетных нагрузок, усилий или иных воздействий.
Коэффициент условий работы т учитывает благоприятные и неблагоприятные условия работы всего основания в целом, а в ряде случаев отдельных составляющих пластов грунта, влияющих на переход основания в предельные состояния, но не отраженных в расчетах прямым путем.
§ 12.	Предельное состояние оснований по деформациям
В результате проектирования по деформациям, обязательного для всех зданий и сооружений, должны быть обеспечены такие осадки, при которых не возникло бы ни одного вида предельных состояний в надземных конструкциях и которые не нарушали бы нормальную эксплуатацию и изменения проектных уровней зданий и сооружений в течение всего периода строительства и эксплуатации.
Предельные деформации назначаются в результате анализа совместной работы основания и надземной конструкции сооружения, с учетом их воздействия друг на Друга, свойств основания и особенностей сооружения. Из:за отсутствия простых методов расчета таких систем проектирование сводится к удовлетворению условия
S/ 5/ПроД ,	(II. 1)
2 Зак. 274
33
т. е. все виды деформаций надземных частей зданий и сооружений во время строительства и эксплуатации St, возникающие в результате равномерных и неравномерных осадок грунтов основания при действии невыгодных комбинаций нагрузок, не должны превышать предельно допустимых величин 5(пред на рассматриваемое время I.
Левая часть условия (ИЛ) характеризует деформируемость основания; она учитывает общее инженерно-геологическое строение площадки, особенности напластования и свойства грунтов основания, ожидаемые изменения геологических условий и свойств грунтов. Правая часть условия (II.1) характеризует деформируемость сооружения, учитывает особенности проектируемого здания и сооружения, конструктивные схемы, пространственную жесткость, особенности работы надземных частей и конструкций, чувствительность к деформациям, предъявляемые эксплуатационные и технологические требования.
Чем ближе будут друг к другу по величине левая и правая части неравенства, тем экономичнее запроектировано основание.
В начальной стадии проектирования можно изменять значения и рассматривать изолированно взаимно связанные между собой правую и левую части условия (ПЛ). Например, зная предельную (допустимую) величину осадки какой-либо конструкции, можно подобрать близкую к ней величину ожидаемой осадки основания, изменяя в нужном направлении конфигурацию и основные размеры фундамента и тем самым влияя на левую часть неравенства. В то же время, зная примерные величины возможных осадок основания, можно подобрать такие размеры и конструкции фундаментов и предусмотреть такую схему сооружения, которые дают близкие к ним величины предельных осадок, и на этой стадии оказать непосредственное влияние на правую часть условия (II.1).
При заданных размерах фундамента и конструкций сооружений увеличение или уменьшение одной из частей условия (II.1) оказывает косвенное влияние на его другую часть. Например, изменение величины осадки за счет изменения размеров фундаментов вызывает перераспределение напряжений в элементах конструкций. В свою очередь, с изменением конструктивной схемы или жесткости сооружения изменяются величины опорных реакций, т. е. нагрузки на фундамент, а следовательно, и величины осадки фундаментов.
При проектировании оснований по предельным деформациям определяют конечные осадки и изменение их во времени в различных сечениях сооружения и последовательными расчетами дтодбирают такие размеры фундаментов, при которых ожидаемые осадки от самых неблагоприятных сочетаний нагрузок на разные опоры не будут превышать допустимые.
Осадки оснований могут привести к равномерным и нерав
34
номерным опусканиям отдельных фундаментов, группы фундаментов и вызвать различные деформации конструкций (см. гл. IV).
Предельные деформации оснований устанавливаются раздельно из условий прочности и устойчивости зданий и сооружений Snp и по эксплуатационным и технологическим требованиям <Snp-
Вероятные осадки оснований определяются методами механики грунтов. Предельные деформации по эксплуатационным и технологическим требованиям назначаются из условий нормальной работы всего сооружения и его отдельных элементов, коммуникаций, оборудования и агрегатов. Должны быть обеспечены проектные уровни всего здания и сооружения в целом и отдельных элементов после окончания строительства и монтажа оборудования. Предельные деформации из условий прочности и устойчивости сооружений устанавливаются в результате их статического расчета, изучения фактических деформаций в различных условиях эксплуатации и сопоставления этих деформаций с их расчетными величинами.
§ 13.	Предельное состояние оснований по прочности (устойчивости)
Потеря прочности оснований может быть вызвана оползанием, просадкой, выпиранием грунтов из-под фундаментов, что приводит к общей потере устойчивости, к недопустимым деформациям всего сооружения или отдельных их элементов.
Проектирование по устойчивости обязательно для зданий и сооружений, на основания которых передаются постоянно пли регулярно действующие горизонтальные нагрузки (подпорные стены, набережные, эстакады и пр.), а также в случае ограничения оснований идущими вниз откосами или ослабления их другими выработками, подземными сооружениями, коммуникациями и т. д. (рис. II.1).
Рис. 11.1. Схемы оснований сооружений, которые рассчитываются на устойчивость
а — сооружение с постоянно действующей горизонтальной нагрузкой; б — основание сооружения, ограниченное откосом (пунктиром показаны поверхности возможных потерь устойчивости грунтов)
2* Зак. 274
35
При действии на основание только вертикальных нагрузок в расчетах по деформациям среднее давление по подошве фундамента не должно превышать начальное критическое давление (Рср=£=Рнач.Кр), что гарантирует устойчивость грунтов основания, и требования первой группы предельных состояний удовлетворяются автоматически.
Проектирование по прочности сводится к назначению таких размеров подошвы фундаментов или сооружений, при которых от действия самых невыгодных комбинаций нагрузок обеспечивается устойчивость основания. Должно быть соблюдено условие
/У<Ф/йн,	(П-2)
где N — расчетная нагрузка, действующая на грунты основания, в наиболее невыгодной комбинации; Ф — наименьшая несущая способность грунтов основания для принятого направления нагрузок (для глинистых грунтов, обладающих реологическими свойствами, с учетом нх ползучести и длительной прочности); kB — коэффициент надежности, принимаемый в зависимости от ответственности здания и сооружения, последствий исчерпания несущей способности основания, степени изученности грунтовых условий, но не менее 1,2.
Левая часть условия (II.2) учитывает специфику проектируемых зданий и сооружений, особенности действующих на них нагрузок и очертание эпюры контактных давлений. Величина N определяется статическим расчетом строительной конструкции.
Правая часть условия (II.2) учитывает особенности основания, напряженное состояние грунтов, прочностные свойства отдельных слоев и возможные.их изменения. Величина Ф определяется методами теории предельного равновесия грунтов. Когда в расчетах вместо нагрузок N и реакции основания Ф определяют эпюры этих величин, условие (II.2) можно записать в виде
(П.2а) где РраС^ —давление по подошве фундамента или сооружения от действия расчетных нагрузок в точке с координатами х и у; Рп’ред —предельное давление на грунт в той же точке.
Потеря устойчивости сооружения и отдельной конструкции может произойти в результате их перемещения по грунту — плоского сдвига. В этом случае величина N в (II.2) будет горизонтальной равнодействующей внешних воздействий, а величина Ф — силой трения грунта по подошве сооружения. В отдельных случаях может произойти смешанный сдвиг, когда под одной частью сооружения происходит плоский, а под другой (за счет развития местных пластических деформаций) глубинный сдвиг.
На устойчивость грунтов основания оказывают влияние не только особенности сооружения, характер нагрузки, размеры, форма и наклон подошвы сооружения, но и прочностные свой
36
ства грунтов, их напластования, уровень грунтовых вод и про* чие факторы, поэтому заранее установить наиболее неблагоприятное сочетание нагрузок бывает трудно и требуется проведение серии расчетов.
§ 14.	Последовательность проектирования оснований
и фундаментов
Проектирование оснований по предельным состояниям включает ряд операций, поверочных и прикидочных расчетов, и его рекомендуется выполнять в указанной ниже последовательности.
1.	Оценка инженерно-геологических условий строительной площадки. Рассматривается общее строение площадки, характер напластования грунтов и их возраст, возможное течение геологических процессов и их влияние на деформируемость и устойчивость грунтов; определяются вид, физико-механические свойства и состояние отдельных слоев; уточняются уровень грунтовых вод, их сезонное и многолетнее колебание, возможное изменение уровня при эксплуатации сооружения, агрессивность воды по отношению к строительным материалам и другие данные, характеризующие основание.
2.	Ознакомление с проектируемым зданием или сооружением. Выявляются особенности здания и сооружения; уточняются размеры, материал основных конструкций и элементов, конструктивные и расчетные схемы; анализируются жесткость принятых конструкций и их чувствительность к неравномерным осадкам, а также возможные деформации отдельных частей и элементов при осадке грунтов основания; выявляются особенности и требования технологического процесса, эксплуатационные условия, влияние их на работу грунтов основания; устанавливаются характер и допустимые предельные деформации конструкций.
3.	Определение нагрузок, действующих на основание в результате статического расчета строительных конструкций или сбора нагрузок от элементов и конструкций, которые опираются на рассчитываемый фундамент. При расчете по двум предельным состояниям уточняются невыгодные условия загружения для каждого состояния и принимаются соответствующие расчетные коэффициенты. Нагрузки, в зависимости от расчетной схемы, суммируются на уровне спланированной отметки земли или подошвы фундамента.
4.	Предварительный выбор конструкции и основных размеров фундамента (глубина заложения, размеры и форма подошвы) в зависимости от назначения и конструкции надземных частей зданий и сооружений, инже
37
нерно-геологических условий строительной площадки, условий производства работ.
5.	Поверочные расчеты оснований по деформациям. Для принятых размеров фундамента и сочетаний нагрузок определяют осадку оснований и сопоставляют ее с допустимыми деформациями конструкции; при необходимости изменяют размеры или выбирают более рациональный тип фундамента.
6.	Поверочные расчеты оснований вместе с сооружением на устойчивость и, в случае необходимости, отдельных его конструкций. Если по условиям устойчивости в конструкцию сооружения внесены изменения, их нужно увязать с требованиями проектирования по деформациям.
7.	Установление окончательных размеров фундамента, удовлетворяющих двум группам предельных состояний основания; расчет и конструирование фундамента.
Глава III. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ строительной площадки и свойства грунтов основания
§ 15.	Необходимые материалы инженерных изысканий
Грунты в естественных условиях имеют самые различные свойства, состояния, условия залегания и напластования. Свойства и состояния грунтов непостоянны и изменяются под влиянием природных факторов и деятельности человека.
Здания и сооружения необходимо возводить с учетом геологических и других местных условий. Изучение геологических особенностей площадки входит в состав инженерных изысканий и является неотъемлемым и ответственным этапом проектирования оснований и фундаментов.
Для проектирования необходимы исчерпывающие данные о геоморфологических и геологических условиях всей строительной территории и отдельных площадок. В материалах инженерных изысканий должны быть указаны формы рельефа, наличие оврагов, заболоченных участков, оползневых склонов, возможность затопления участков во время паводка; освещены геологические строения, особенности напластования и мощность пластов грунта на отдельных площадках; приведены данные о физико-механических свойствах грунтов, их основные классификационные показатели и расчетные значения; оценены деформативные и прочностные свойства отдельных слоев грунта; указаны встреченные и установившиеся уровни грунтовых вод, их возможные колебания, агрессивность по от
38
ношению к бетону и растворам и прогноз ее изменения за счет проникания химических веществ при эксплуатации; глубина сезонного промерзания грунтов, прогноз возможных изменений природных условий, вероятные проявления геологических процессов, которые необходимо учитывать при строительстве и эксплуатации сооружений; включены описания и результаты лабораторных и полевых исследований грунтов.
Если на строительной территории имеются здания и сооружения, следует привести сведения о времени их строительства, конструкции и размерах надземных частей и фундаментов.
Материалы изысканий должны быть иллюстрированы и включать топографический план участка с изображением ситуации, рельефа, горизонталей, существующих и проектируемых зданий и сооружений. На плане должны быть нанесены геологические выработки с высотными отметками, линии геолого-лито-логических разрезов, разрезы колонок геологических выработок и геолого-литологические профили с указанием напластования, мощности и абсолютных отметок отдельных слоев грунта, существующего уровня и возможных колебаний грунтовых вод.
Содержание, объем и точность инженерных изысканий устанавливаются строительными нормами и правилами в зависимости от сложности геологических условий и особенностей проектируемых зданий и сооружений.
§ 16.	Классификация и оценка свойств грунтов
Классификация и оценка состояния грунтов производится в результате сопоставления их физических характеристик с классификационными, приведенными в нормах. Такое сопоставление позволяет качественно оценить свойства грунтов и выяснить возможность использования их в основаниях сооружений.
Физические показатели грунтов, определяемые опытом: объемная масса (плотность) минеральных частиц yg, т/м3,— масса единицы объема минеральных частиц при отсутствии пор; объемная масса грунта (плотность) у, т/м3, — масса единицы объема грунта, включая массу воды в порах; массовая влажность W, доли единицы, — отношение массы воды, заключенной в порах, к массе абсолютно сухого грунта.
Для глинистых грунтов дополнительно определяют границы текучести WL — влажность, при увеличении которой глинистый грунт переходит из пластичного в текучее состояние, и границы пластичности (раскатывания) WP— влажность, .при уменьшении которой грунт из пластичного переходит в твердое состояние.
По указанным показателям вычисляют коэффициент пори
39
стости, степень влажности, число пластичности, показатель консистенции и др.
Коэффициент пористости представляет собой отношение объема пор к объему минеральных частиц и определяется по формуле
е =	(1 +Ц7)_1.	(III.1)
Y
Коэффициент пористости используется для оценки плотности сложения песков, свойств некоторых глинистых грунтов, расчетного давления на грунты.
Степень влажности — отношение естественной влажности к полной влагоемкости ^пол, т. е. влажности при полном заполнении пор водой:
где yw — плотность воды.
Этот показатель используют для оценки состояния крупно-обломочных и песчаных грунтов, классификации некоторых глинистых грунтов.
Число пластичности—интервал влажности, в котором перемятый глинистый грунт находится в пластичном состоянии:
lp = WL-WP .
Используется этот показатель для классификации глинистых грунтов.
Показатель консистенции
W — WP W—Wp
II = WL-Wp =	17~ •
По этому показателю оцениваются свойства глинистых грунтов.
Коэффициент выветрелости используется для крупнообломочных грунтов:
Ki-Ko
Ki ’
где Ki — отношение массы частиц размером менее 2 мм к массе частиц размером более 2 мм после испытания грунта на истирание во вращающемся полочном барабане; Ко — то же, до испытания на истирание.
По зерновому составу и числу пластичности различают: Крупнообломочные — несцементированные грунты, содержащие более 50% массы обломков кристаллических и осадочных пород с размерами частиц более 2 мм; песчаные — сыпучие грунты в сухом состоянии, не обладающие свойствами пластичности (/р<;0,01), содержащие менее 50% массы частиц
40
размером крупнее 2 мм; глинистые — связные грунты, у которых число пластичности 7р>0,01.
Наименование грунтов желательно дополнить указанием их возраста и происхождения.
Торф, перегной и другие растительные остатки учитывают в песчаных грунтах при их относительном содержании q более 0,03, а в глинистых — более 0,05. При содержании их от 0,05 до 0,1 в наименовании грунтов указывают: «грунты с примесью растительных остатков»; при большем относительном содержании этих остатков: 0,1 <<7^0,25— «слаботорфованные»; при 0,25<q =С0,4 — «среднезаторфованные»; при 0,4 <j <С<?=С0,6— «сильнозаторфованные» и при ^>0,6 — «торфы». Относительное содержание растительных остатков определяется как потерн при прокаливании грунтов, отнесенные к массе минеральной части грунта.
Крупнообломочные грунты в зависимости от содержания частиц различной крупности подразделяются на валунные (при преобладании неокатанных частиц — глыбовые), галечниковые (щебенистые), гравийные (дресвяные):
валунные — 'содержание частиц по массе размером >200 мм более 50 % Г галечниковые — то же, >10 мм более 50%;
гравийные — то же, >2 мм более 50%.
При наличии в крупнообломочных грунтах песчаного заполнителя более 40% или глинистого более 30% общей массы1 воздушно-сухого грунта в наименовании грунтов указывают .вид,, состояние и характеристики грунта заполнителя.
Вид и состояние грунтов заполнителей устанавливают no-принятым для них показателям после удаления частиц крупнее-2 мм.
Песчаные грунты по крупности частиц подразделяются на следующие виды:
гравелистые — содержание по массе частиц размером >2 мм более 25%; крупные — то же, >0,5 мм более 50%;
средней крупности—то же, >0,25 мм более 50%;
мелкие — то же, >0,1 мм более 75%;
пылеватые — то же, >0,1 мм менее 75%.
Для установления наименования грунта последовательно1 суммируют проценты содержания частиц: сначала крупнее 200 мм, затем крупнее 10 мм, далее — крупнее 2 мм и т. д. Наименования грунта присваивают по первому удовлетворяющему показателю в приведенном выше порядке их расположения» по вертикали. Наименование дополняют указанием о степени неоднородности зернового состава по коэффициенту неоднородности U<=deo/dio, т. е. по отношению диаметров частиц, которых, в грунте соответственно содержится “меньше 60 и 10% по массе. Содержание массы частиц d60 и dl0 определяют аналитически или по графику однородности (рис. III.1). На графике по горизонтальной оси откладывают логарифмы диаметра частиц, а по вертикальной — их процентное содержание. Пересе
41
чение полученной кривой с линиями, соответствующими содержанию частиц d60 и dl0, дает' искомые величины.
Свойства крупнообломочных грунтов оценивают по значениям коэффициента выветрелости Кв.к и степени влажности G, а песчаных — по значениям степени влажности G, коэффициента пористости е и плотности сложения.
Рис. III.1. Кривая однородности песка (построена по данным примера III.1, образца 1) для определения коэффициента неоднородности песка
Крупнообломочные грунты, содержащие частицы размером менее 2 мм более 10%, по степени выветрелости делятся на невыветрелые при 0^Кв.к^0,5; слабовыветрелые при 0,5< <Кв.к^0,75 и сильновыветрелые при 0.75<Кв.к^1-
Крупнообломочные и песчаные грунты со степенью влажности в пределах 0^G^0,5 относят к маловлажным, в пределах 0,5<G^0,8 —к влажным и 0,8<G=^l — к насыщенным водой.
Строительные свойства и устойчивость крупнообломочных грунтов зависят от условий образования, характера залегания пласта, минералогического состава, степени выветрелости и окатанности, плотности сложения и материала заполнения пор.
В большинстве случаев для промышленных и гражданских зданий и сооружений крупнообломочные грунты являются надежными основаниями, они мало сжимаются под нагрузкой, оказывают значительное сопротивление сдвигу, слабо размываются водой. При отсутствии или небольшом содержании в за
42
полнителе глинистых частиц физические и механические свойства этих грунтов при увлажнении практически не меняются.
Чем выше коэффициент выветрелости, тем меньше прочность крупнообломочных грунтов; в них будут возникать деформации не только от перемещения, но и от разрушения частиц. Грунты, образовавшиеся из твердых кристаллических пород, обладают лучшими свойствами, чем грунты из осадочных пород. С увеличением окатанности частиц снижается их прочность и устойчивость.
Лучшими свойствами обладают грунты с песчаными заполнителями; примеси пылеватых и глинистых частиц ухудшают их свойства. Большое содержание глинистых частиц придает крупнообломочным грунтам некоторые свойства глинистых грунтов.
При общей оценке крупнообломочных грунтов следует учитывать условия их залегания. Наклонное залегание пластов и встречающиеся в их толще песчаные и особенно глинистые прослойки снижают общую прочность и устойчивость основания. При наклонном залегании по прослойкам могут образовываться поверхности скольжения.
Весьма важным показателем оценки свойства песчаных грунтов является плотность их сложения. Пески по плотности их сложения подразделяются в зависимости от величины коэффициента пористости в естественном состоянии на плотные, средней плотности и рыхлые (табл. III.1).
Таблица Ш.1. Плотность сложения песков в зависимости от коэффициента пористости
Вид песков	Коэффициент пористости песка		
	плотного	средней плотности	рыхлого
Г равелистые,	крупные,	е<0,55	0,55 <е<0„7	е>0,7
средней крупности Мелкие	е<0,6	О.б’Се’С 0,75	е>0,75
Пылеватые	е<0,6	0,6	0,8	е>0.8
В действующих нормах приведены дополнительные показатели, позволяющие установить плотность сложения песков по результатам испытания в полевых условиях погружением конуса— статическим и динамическим зондированием.
Песчаные грунты в большинстве случаев являются надежными основаниями. Строительные двойства песчаных грунтов зависят от плотности сложения, водонасыщения, формы, однородности, размеров и минералогического состава частиц. С увеличением содержания крупных частиц и плотности сложения строительные свойства песчаных грунтов улучшаются.
43
Деформации в песках после окончания нагружения затухают тем быстрее, чем крупнее песок.
Гравелистые, крупные и средней крупности пески плотной « средней плотности сложения малосжимаемы, хорошо сопротивляются сдвигу, фундаменты на них претерпевают незначительные деформации. При этом чем однороднее пески, тем меньше они сжимаются и тем выше их сопротивление сдвигу.
Сопротивление сдвигу горных песков с угловатыми частицами за счет большего зацепления выше, чем у песков с окатанными частицами. Кварцевые пески прочнее и менее сжимаемы, чем другие пески.
Примесь к пескам частиц слюды увеличивает их сжимаемость и уменьшает водопроницаемость. С увеличением содержания слюды сжимаемость песка приближается к сжимаемости глин.
Рыхлые пески при нагружении дают большую осадку и недостаточно устойчивы, применение их в качестве основания должно быть специально обосновано.
Насыщение водой гравелистых и крупных песков практически не оказывает влияния на их прочность; прочность же мелких и пылеватых песков заметно снижается по мере заполнения пор водой, особенно при содержании в песках некоторого количества глинистых и органических коллоидных частиц, равномерно распределенных в их толще. Глинистые и коллоидные частицы играют роль смазки, придавая песку большую подвижность. Такие пески под небольшим давлением даже в отсутствии воды способны растекаться, и их часто называют плывунами.
Эти пески следует отличать от весьма подвижных песков, называемых истинными плывунами. Причиной подвижности и неустойчивости таких песков, как было установлено В. В. Радиной, являются микроорганизмы, находящиеся в грунте. Микроор!*анизмы в результате своей жизнедеятельности вырабатывают газ, пузырьки которого создают дополнительное давление в поровой воде, придавая грунту дополнительную подвижность. Пески-плывуны и истинные плывуны можно использовать в основании только при соблюдении специальных требований и только тогда, когда выполнены мероприятия, исключающие возможность их перемещения.
Глинистые грунты в зависимости от содержания глинистых частиц (d^.0,005 мм) подразделяются на супеси, суглинки и глины. Содержание глинистых частиц оценивается косвенным показателем — числом пластичности.
При числе пластичности 0,1	0,07 их относят к супе-
•сям, при 0,07<7р^0,17 — к суглинкам и при 7Р>0,17— к глинам.
Состояние глинистых грунтов оценивается консистенцией (густотой) и дополнительно плотностью сложения.
44
Консистенцию глинистых грунтов определяют сопоставляя их естественную влажность с влажностью, отвечающей границе раскатывания Wp и текучести WL, или по показателю консистенции IL-
Они считаются в твердом состоянии, когда W<Wp или показатель консистенции /г.<0; в пластичном, когда ^W^Wl или	в текучем, когда W>WL или
Пластичное состояние суглинков и глин соответствует большому диапазону влажности. В пределах границ пластичности их свойства существенно меняются, поэтому по показателю консистенции им дополнительно присваивают наименование:
полутвердые...............
тугопластичиые............
мягкопластичные...........
текучепластичные . . . 
0< /г.<0,25 0,25</ь<0,5 &„5<Il^75 0в75</ь<1
Плотность глинистых грунтов косвенно определяют по величине коэффициента пористости е. Чем меньше коэффициент пористости, тем меньше в грунте пор, грунт меньше сжимается под нагрузкой, его строительные свойства лучше.
Свойства глинистых грунтов в значительной степени зависят от влажности (консистенции). С увеличением влажности увеличивается их сжимаемость, уменьшается сопротивление сдвигу, ухудшаются строительные свойства. При проектировании следует принимать показатели с учетом возможного изменения влажности грунтов основания.
В твердом состоянии глинистые грунты малосжимаемы и являются надежным основанием. В пластичном они относятся к среднесжимаемым грунтам и могут быть использованы в качестве оснований, если осадка возведенных на них сооружений не превзойдет допустимой.
Глинистые грунты в текучем, а при давлениях более 0,15 МПа и в текучепластичном состоянии относятся к сильно-сжимаемым. Они могут выдавливаться из-под фундамента, и использование их в основании сооружений должно быть технически обосновано.
Строительные свойства глинистых грунтов зависят и от условий их происхождения и существования.' Чем древнее грунт и чем большим давлением он уплотнен, тем больше его структурные связи, больше плотность сложения и прочность. Например, моренные глинистые грунты, обжатые толщей ледников, прочнее современных отложений, формирование которых происходило только под давлением выше лежащей толщи грунта. Иногда за счет быстрого образования структурных связей встречаются древние глинистые грунты, менее уплотненные, но более прочные, чем выше лежащие; их относят к структурным грунтам.
45
Деформации глинистых грунтов отстают времени от приложения нагрузки, протекают они годы иХаже десятилетия.
В глинистых грунтах выделяют структурные грунты: набухающие, древние и современные илы,,-'озерно-ледниковые ленточные глины, лёссы и лёссовидные Друнты, а также все виды заторфованных грунтов. Они дополнительно оцениваются по показателям, приведенным в СНиП II-15-74.
Особенностью структурных грунтов является резкое уменьшение или полная потеря прочности при разрушении структурных связей. Возможность использования структурных грунтов в качестве основания устанавливается специально поставленными исследованиями.
К набухающим относятся только те глинистые грунты, которые набухают под давлением. Набухающие грунты являются надежным основанием только в естественном состоянии. При замачивании они увеличиваются в объеме, и развивающиеся силы пучения причиняют повреждения зданиям и сооружениям. Характерной особенностью набухающих грунтов является преобладание в них иллитовых и монтмориллонитовых частиц, большое число пластичности и естественная влажность, близкая к границе раскатывания.
Илами называются глинистые грунты в начальной стадии своего формирования, образовавшиеся в виде структурного осадка в спокойной или очень медленно текущей воде под одновременным воздействием микробиологических процессов. В природном сложении они имеют влажность, превышающую влажность на границе текучести, и коэффициент пористости для супесей е>0,9, суглинков е>1, глин е>1,5.
Прочностные свойства илов зависят главным образом от структурных связей, которые обусловливаются возрастом и степенью уплотнения ила.
Озерно-ледниковые ленточные глины отличаются тонкой слоистостью, они состоят их тончайших (измеряемых долями миллиметров и редко превышающих 1 см) чередующихся слоев глины и пылеватых песков. Ленточные глины могут использоваться в качестве естественного основания при обязательном сохранении их структуры и природной слоистости.
Лёссовидными (макропористыми) называют глинистые грунты, обладающие в природном сложении видимыми невооруженным глазом порами (макропорами), значительно превосходящими размеры минеральных частиц, из которых состоит грунт. Они отличаются большой пористостью (е>1) и малой объемной массой (у—1,24-1,3 т/м3). В природном состоянии эти грунты обладают высокой прочностью. При замачивании нарушаются связи, и от собственной массы или внешней нагрузки грунты дают просадку с изменением структуры.
Свойства заторфованных грунтов и торфов зависят от содержания растительных остатков, степени их минерализации —
46
разложения, структурной прочности, условий залегания — открытые или погребенные слои. Они обладают большой сжимаемостью, осадка их под водой протекает продолжительное время. С понижением уровня грунтовых вод происходит их интенсивная минерализация, что вызывает увеличение и ускорение сжимаемости заторфованных грунтов и торфов.
Насыпные грунты по условиям и времени формирования, плотности сложения, составу и другим признакам существенно отличаются от естественных грунтов.
Планомерно отсыпаемые или намываемые насыпи отдельными слоями из предусмотренного проектом грунта с уплотнением каждого слоя до требуемой плотности, с необходимым контролем при укладке, по существу, являются искусственно улучшенными грунтами с заданными физическими и механическими показателями, которые можно использовать в основании.
Насыпные грунты, образовавшиеся из отвалов производства, хвостохранилищ, терриконов, состоят из минеральных грунтов, шлака, золы, формовочной земли и т. д. Отдельные частички таких грунтов со временем могут слипаться, цементироваться, в них могут возникать первичные и вторичные структурные связи. Плотность сложения насыпных грунтов весьма различна, что необходимо учесть при использовании грунтов в основании и предусмотреть соответствующие мероприятия.
Насыпные грунты, образовавшиеся в результате свалки грунтов, мусора, бытовых отходов, использовать в основании рискованно. Из-за неоднородности, различной плотности и неравномерного. залегания они при нагружении дают разные осадки, а разложение часто встречающихся в них органических включений способствует увеличению осадки и вызывает деформации построенных зданий и сооружений.
’	§ 17. Механические характеристики грунтов
Для расчета естественных оснований необходимо знать показатели сопротивления сдвигу, сжимаемости и водопроницаемости грунтов. Как правило, механические характеристики определяют опытным путем. В виде исключения для зданий Р III и IV класса СНиП разрешают принимать их по таблицам, । составленным на основании статистической обработки большого । числа испытаний.
	Сопротивление сдвигу тв общем случае зависит
от сил трения и сцепления грунтов и оценивается углбм внутреннего трения кр и удельной силой сцепления в глинистых или параметром линейности в крупнообломочных и песчаных грун-। тах с:
T = atg<p + c, *	(Ш.З)
где О — действующее нормальное давление.
По сопротивлению сдвига оценивается устойчивость, назначаются предельные, нормативные и расчетные давления на
47
грунты. Определяется сопротивление сдвигу лб данным полевых и лабораторных испытаний. Величина.этого показателя в значительной степени зависит от физического и напряженного состояния грунтов, особенно глинисты^ поэтому при определении ф и с режим испытаний должен.бтвечать условиям работы грунтов в основании сооружений. /
При прочих равных условияд/чем выше прочностные показатели, тем большее давление Можно передавать на основание.
Сжимаемость (у п л от н я е м о ст ь) грунтов оценивается коэффициентом относительной сжимаемости а0 или модулем общей деформации Ео.
Эти характеристики определяются в лаборатории или полевых условиях (испытания жесткими штампами).
По материалам лабораторных испытаний в одометре строят график зависимости коэффициента пористости от давления — компрессионная кривая (рис. III.2). Коэффициент сжимаемости определяют в интервале давлений Ар—р2—plt полученную кривую заменяют прямой. Угол наклона этой прямой характеризует сжимаемость грунта, тангенс угла а принимают за коэффициент сжимаемости:
ei —
Ра — Pi
(Ш.4)
tg а = а = г
где е, и е2 — коэффициенты пористости,
соответствующие давлениям pt и р2.
Рис. Ш.2. График зависимости коэффициента пористости от давления
Pi и рз — давления, для интервала в ко-торых определяется коэффициент сжимаемости; et и е2 — коэффициента пористости, соответствующие этим давлениям
Величина коэффициента сжимаемости зависит от принятых значений pi и р2. Давление pi принимают равным природному
давлению в середине рассматриваемого слоя грунта, а р2— полному давлению (природному и дополнительному) на той же глубине.
В расчетных формулах пользуются коэффициентом относительной сжимаемости — относительной деформации ez, приходящейся на единицу давления Др:
a0 = al(l + ев) = е2/Др,
(Ш.4а)
где ен — коэффициент пористости грунта, соответствующий начальному давлению (eB=ei).
48
Модуль общей деформации Ео—характеристика, аналогичная модулю упругости упругих тел, — представляет собой коэффициент пропорциональности между напряжениями и общими (восстанавливающими и остаточными) деформациями грунтов:
£о = ₽
1 ен_______Р
а ао
(III.5),
где Р — безразмерный коэффициент, зависящий от коэффициента общей относительной поперечной деформации грунта ц0;
Р=1
2Мо
1 —Цо
Для крупнообломочных грунтов...................Цо =0,27	.	.
Для песков и супесей . .ц0=Ю,3 . .
Для суглинков.............Цо =0,35	.	.
Для глии..................Цо =0,41	.	.
(5=10,8 5=0,74 5=0,62 3=0,43
Модуль общей деформации можно определить по данным полевых испытаний грунтов с помощью жесткого круглого штампа статическими нагрузками (ГОСТ 12374—66). На участке графика (см. рис. 1.10,а), где зависимость осадки штампа от давления близка к линейной (интервал давлений от 0 до Рпроп), модуль общей деформации определяется по формулам теории линейно-деформируемых тел:
о Ар
£0 = <o(l-p2)d	(П!.5а>
о
где Др — приращение давления на штамп (в пределах линейной зависимости осадки от давления) в интервале между природным и средним давлениями по подошве фундамента; со — безразмерный коэффициент, зависящий от жесткости и формы подошвы штампа, принимаемый равным 0,8; ц0 — коэффициент общей относительной поперечной деформации грунта.
Коэффициент относительной сжимаемости в этом случае можно определить по формуле
ав = A S/fts А р,
где AS — приращение конечной осадки, соответствующее принятому интервалу давления; d — диаметр штампа; Лэ — мощность эквивалентного слоя (см. гл. XI); ha=Anyd (здесь Асо — безразмерный коэффициент, равный для песков м супесей 1, а для суглинков и глин 1,4).
Полевые испытания больше отвечают условиям работы грунтов в оснований, поэтому показатели, полученные в результате этих испытаний, надежнее.
Числовые значения коэффициента относительной сжимаемости в интервале давлений 0,05—0,2 МПа позволяют судить о сжимаемости грунтов основания. При значениях а0 порядка 1 МПа-1 грунт сильносжимаемый; при а0 порядка 0,1 /МПа-1 — среднесжимаемый и при а0 порядка 0,01 МПа-1 — малосжима-емый.
4S
В качестве естественных оснований можно / использовать грунты средней и малой сжимаемости.
Водопроницаемость грунтов оценивается коэффициентом фильтрации Ло. Этот коэффициент используется в расчетах при определении затухания осадки оснований во времени. В связи с тем что движение воды вызывается давлением от сооружения, коэффициент фильтрации следует определять при соответствующем напоре. Он может отличаться от коэффициентов фильтрации, полученных в полевых условиях.
§ 18. Нормативные и расчетные характеристики грунтов
Физико-механические свойства грунтов одного и того же пласта непостоянны из-за его естественной неоднородности и изменения геологических условий. Для получения наиболее достоверных значений нормативных и расчетных характеристик грунтов по ограниченному числу испытаний в различных точках пласта прибегают к статистической обработке данных лабораторных или полевых исследований.
С точки зрения математической статистики, бесчисленное множество отобранных образцов можно рассматривать как статистический коллектив, их изучение — как генеральную совокупность коллектива, один образец — как член этого коллектива, а конечное число отобранных образцов или испытаний —-как выборочную совокупность или выборку.
Проведение большого числа испытаний практически невозможно, поэтому пользуются несколькими частными определениями — выборкой.
Наиболее распространенной статистической характеристикой, отражающей основные черты всей совокупности, является среднее арифметическое Аи из п одиночных определений Ас
п
А" = ^Аг/п.	(Ш.6)
1
Средним арифметическим пользуются для определения нормативных показателей, однозначно или линейно зависящих от варьирующих величин, т. е., по существу, для определения всех физических и механических характеристик грунтов, за исключением показателей сдвига.
Среднее арифметическое не характеризует искомую величину полностью. Она не дает представление о степени разброса частных определений, пределах их колебаний, отклонении среднего значения от истинного. Например, среднее арифметическое по результатам двух испытаний, при которых Л1 = 1,5 и А2—4,7 будет Д»=1,6 — такое же по величине как и двух других испытаний А3=,1,2 и Л4 = 2, но в первом случае его
50
значение в большей степени характеризует искомый показатель.
При статистической обработке данных испытаний степень разброса отдельных определений А, вокруг среднего Ан и отклонение результатов частных определений от истинного значения оценивается средней арифметической или средней квадратичной ошибкой. В грунтах при небольшом количестве испытаний и большом разбросе частных определений используют для определения отклонений квадратичную ошибку
л/
Sn= I/	i-----	(III.7)
С увеличением числа испытаний величина средней квадратичной ошибки уменьшается и стремится к некоторой постоянной— статистическому пределу o==-ilimSn который и является средней квадратичной ошибкой.
При конечном числе испытаний всегда определяют величину Sn, которую приравнивают статистическому пределу (о« «S?i) и называют стандартной ошибкой или стандартом измерения.
В нормах изменчивость искомых характеристик грунта оценивают двумя показателями: средним квадратичным отклонением, принимая его за статистический предел (о=«$п), и коэффициентом вариации (изменчивости) v.
Среднее квадратичное отклонение имеет ту же размерность, что и искомый показатель. Для удобства расчета его выражают в долях единицы, иногда в процентах от среднего арифметического и называют коэффициентом вариации
с = о/Лн.	(III 8)
Достоверность А» и oi при небольшом числе испытаний оценивают по величинам ошибок — отклонений.
Величина средней ошибки среднего арифметического
тн=±а/1/л.	(III.8а)
г
Точно определить искомую величину при статистической обработке данных нельзя, важно знать хотя бы величину ее максимального отклонения от истинного значения, ее вероятную достоверность. Последняя оценивается доверительной вероятностью или коэффициентом надежности (вероятности) а. Этот показатель означает вероятность того* что вычисленный результат измерений Ан отличается от истинного значения Ао не больше чем на величину (погрешность) ДА, т. е.
а= Ан — АД<ЛО<ДН +ДД.	(III.9)
51
Доверительная вероятность означает, что ^вероятностью, равной а, результат измерений не выходит за пределы доверительного интервала от АН^ДА до АН4-ЛА (рис. Ш.З).
Поскольку точность проведенных определений неизвестна, доверительную вероятность можно оценить, используя решения математической статистики из условия
|До — Лн| <ta —t	(ШЛО)
У п
где ta — коэффициент, вычисляемый по табл. I1I.2 для принятых доверительной вероятности и числе степеней свободы.
Таблица Ш.2. Значение коэффициента ta для определения показателей точности оценки среднего значения харатернстик грунта
Число степеней свободы <—1) ДЛЯ у и (п—2) для с и Ф	Коэффициент ta при односторонней доверительной вероятности равной				
	0,85	0,9	0,95	0,98	0,99
2	1,34	1,89	.2,92	4,87	16,96
3	1,26	1,64	2,36	3,45	4,54
4	1,19	1,53	2,1.3	3,02	3,75
5	1,16	1„48	.2,01	2,74	3,36
1'0	и	1,37	1,81	2,4	2,76
1.5	1,07	1,34	1,75	2,27	2,6
20	1,06	1,32	1,72	2,22	2,53
СО	1,04	1,28	1,64.	1„91	2,36
Рис. Ш.З. Схема к статистической обработке результатов испытаний
Число степеней свободы k равно числу обрабатываемых результатов измерений п, уменьшенному на число связывающих их линейных соотношений. Если искомая величина определяется только одним показателем, то k= {п—1); если она определяется двумя показателями (например, сопротивление грунтов сдвигу), то k= (п—2).
Из условия (III.9) можно установить с заданной вероятностью предельную величину отклонения частного среднего Ан, вычисленного по экспериментальным данным, от неизвестного генерального среднего А.
Задать величину доверительного интервала и точность, с которой должно быть вычислено среднее значение, можно с помощью показателя точности (надежности) р:
52
для всех показателей, кроме прочности,
Р = ,аТ7=;
V п
для показателей прочности ф и с
p = tav-	(III. Па)
В проектировании оснований доверительная вероятность имеет следующую особенность. При назначении расчетных характеристик грунтов важно задать не интервал изменения значений характеристики, а величину, выше или ниже которой ее нельзя назначить. Рассматривается несимметричное распределение— односторонняя вероятность. Истинное среднее значение характеристики не должно выходить за пределы нижней или верхней границы односторонней доверительной вероятности а.
В расчетах оснований величины доверительного интервала назначаются в зависимости от степени важности и возможности наступления ожидаемого события. Потеря устойчивости грунтов основания опаснее осадок, поэтому доверительная вероятность расчетных характеристик грунтов в расчетах по несущей способности принимается а=0,95, а в расчетах по деформациям — а=Ю,85. Таким образом, из всех частных определений искомой характеристики в первом случае только 5%, а во втором 15% могут быть больше или меньше принятой величины расчетной характеристики.
Сопротивление грунтов сдвигу линейно зависит от двух показателей — угла внутреннего трения ф и удельного сцепления с. Эти показатели определяют в лаборатории по данным испытаний грунта на срез. Для получения достоверных результатов проводится несколько испытаний с одинаковыми и разными вертикальными давлениями /?;• В итоге приходится обрабатывать столько уравнений с двумя неизвестными 1дф и с, сколько было испытаний, что исключает для них однозначные решения. Поэтому обработку результатов проводят методом наименьших квадратов, при котором отклонение полученных величин от искомых будет минимальным.
За нормативные значения коэффициента внутреннего трения и удельного сцепления принимают параметры прямолинейной зависимости сопротивления срезу от давления, вычисленные методом наименьших квадратов для всей совокупности опытных величин при общем числе определений п.
Нормативное значение определяемых характеристик и среднее квадратичное отклонение, необходимые для вычисле
53
ния коэффициента вариации г, для коэффициента трения определяют по следующим формулам:
Л
?. (Pi -- Pep) Т/
tg <рн =	;	(ш. 12>
(Pi Pep)2
z=l
-- / ----;	(iii.i3>
I/ (Pi — РсрУ
Г	1
для удельного сцепления — соответственно по формулам:
(III. 14}
п	п
У ъ—tg фн 2 pi i=l i=l
П
среднее квадратичное срезу — по формуле
(III. 15>
отклонение величины сопротивления
“ 1/ ^77" 2(Pztg<pH + c" — Tz)a ’ f	Z=1
(Ш.16>
где р, — вертикальное давление, при котором проводилось i-e испытание; т,- — сопротивление срезу в I-м испытании; п — число определений величины т.
Формулы (III.12) — (III.15) получены Б. А. Сомовым в результате математических преобразований формул, приведенных в приложении 1 СНиП 11-15-74 для определения тех же величин.
Расчетные значения всех характеристик А грунтов определяются делением их нормативных характеристик Ан на коэффициент безопасности по грунту kT:
Д = ЛН/ЛГ.	(III. 17>
Для большинства физических и механических характеристик грунтов СНиП рекомендуют йг=,1, принимая расчетные характеристики равными нормативным. Исключение составляют
54
характеристики угла внутреннего трения, сил сцепления и объемной массы грунта, для которых kr определяется по формуле
*г=ГЗ~-	(III. 18)
1 ± Р
Знак перед р принимается тот, который в расчетной схеме устойчивости или деформации обеспечивает большую надежность основания или фундамента. В отдельных схемах для одной части грунта перед р нужно принимать знак плюс, для другой — минус. Например, в расчетах на устойчивость для той части грунта, которая оказывает активное давление и объемная масса которой учитывается с коэффициентом перегрузки п>1, коэффициент безопасности следует принимать с плюсом при р, а для той части грунта, которая оказывает пассивное давление, п^1, коэффициент безопасности принимают с минусом при р.
Число частных определений поа, по которым вычисляются нормативные и расчетные показатели грунтов, зависит от неоднородности грунтов в основании и требований, предъявляемых к проектируемому зданию и сооружению. Для того чтобы можно было статистически обработать полученные результаты, по требованиям норм число определений для одной характеристики должно быть не менее 6. Таким образом, для вычисления нормативных и расчетных характеристик значений <р и с должно быть проведено минимум шесть определений сопротивления срезу для каждого выбранного значения вертикального давления р,.
Число испытаний грунтов штампами в полевых условиях для вычисления нормативного значения модуля деформации грунта должно быть по СНиП не менее трех. Допускается уменьшение их до двух, если эти значения отклоняются от среднего не более чем на 25%.
§19. Оценка естественных оснований по данным о грунтах отдельных пластов
Исчерпывающие данные о грунтах отдельных пластов позволяют дать оценку всего основания.
По условиям напластования, мощности и сжимаемости пластов, входящих в основания, их можно разделить на однородные, сжимаемая толща которых включает только один грунт (рис. Ш.4,а), и слоистые с различными по составу, свойствам и сжимаемости грунтами, с согласным (рис. Ш.4,б) и несогласным (рис. Ш.4,в) их залеганием. К слоистым с согласным залеганием относят основания, у которых простирание отдельных слоев близко к горизонтальному (уклон менее 1— 2%), а к слоистым с несогласным залеганием — основания, пла-
55
сты которых залегают невыдержанно, имеют большой наклон, выклиниваются и пр.
Предварительную оценку общей сжимаемости основания в пределах площади здания и сооружения можно провести в результате анализа и сопоставления модулей деформации Ео или коэффициентов относительной сжимаемости ао всех слоев по глубине заложения и простиранию.
Указанная оценка должна производиться применительно к проектируемому зданию или сооружению с учетом того, что осадка протекает во времени и зависит не только от грунтов основания, но и от размеров и формы подошвы фундамента, величины давления и условий загру-жения, а допустимая осадка — от особенностей возводимых зданий и
а)
^W/AKWA^WAW/A^W^'
5)
сооружений. Под разными фундаментами на одной и той же строи-
|l	|Л
Рис. Il 1.4. Схемы естественных оснований
а — однородное основание; б —• слоистое с согласным залеганием слоев; в — слоистое с несогласным залеганием слоев
мости одинаковые, такое
тельной площадке в рабочую часть основания могут входить различные напластования грунтов. Следует учитывать, что характеристики сжимаемости определяются на полностью уплотненных грунтах и не позволяют оценить затухание осадки во времени. Затухание осадки можно оценить путем логических предпосылок. Например, если в сечении /—I основания, приведенного на рис. Ш.4,в, выклинивающим слоем является глина, а в сечении 11—11-песок и их коэффициенты сжимае-основание нельзя считать равномерно
сжимаемым. Осадки грунтов в сечении II—II закончатся во время строительства, а в сечении I—I они будут продолжаться и после сдачи сооружений в эксплуатацию и, в конечном результате разность осадок может стать недопустимой.
Наиболее надежными являются однородные основания и слоистые с согласно залегающими малосжимаемыми грунтами.
Из слоистых оснований предпочтительнее те, у которых сжимаемость грунтов с глубиной увеличивается. Основания, в которых сжимаемость с глубиной уменьшается, менее благоприятны для возведения зданий и в первую очередь зданий и сооружений на сплошных плитах и с различными по площади и глубине заложения фундаментами. Особенно неблагоприятны основания при наличии в них слабых прослоек, из-за которых,
66
если не принять соответствующих мер, могут возникнуть значительные равномерные и неравномерные осадки.
Следует отметить, что чем больше сжимаемость грунтов, тем больше их абсолютные и, как правило, относительные осадки.
Степень изменчивости грунтов оснований СНиП рекомендуют определять по отношению наибольшего к наименьшему приведенных модулей деформации в различных сечениях контура проектируемого здания. Чем меньше это отношение, тем однороднее по сжимаемости основание.
Оценка по указанному отношению достаточно достоверна, но трудоемка. Она требует построения эпюр давлений, определения сжимаемых толщ проектируемых фундаментов и не оценивает сжимаемость грунтов во времени.
Илы, торфы, заторфованные грунты, рыхлые пески, глинистые грунты в текучем состоянии и с коэффициентами пористости у супесей е>0,7, суглинков е>1 и глин е>1,1 после загружения дают большие осадки, и использование их в основании решается индивидуально.
Пример III.1. Оценить инженерно-геологические условия строительной , площадки Ns 1. Геологический профиль площадки представлен на рис. III.5; данные о грунтах приведены в табл. Ш.З*.
Решение. Прежде всего определим наименование, выясним состояние и оценим свойства отдельных слоев грунта, а затем всей площадки.
Рнс. 111.5. Геологический профиль строительной площадки № 1
/ — растительный слой (?ц =1,8 т/м8);
2 — песок средней крупности; 3 — песок пылеватый; 4 — супесь; 5 — глина;  — места отбора образцов; У ГВ — уровень грунтовых вод
Образец 1. Грунт отобран из скважины № 1 с глубины 1,3 м. Число пластичности рассматриваемого грунта /р<0,01; следовательно, грунт крупнообломочный или песчаный. Для определения наименования грунта последовательно суммируем процентное содержание частиц различной крупности и сопоставляем нх с показателями, приведенным в § 16. Частиц крупнее 10 мм содержится 4,38% (менее 50%), крупнее 2 мм —4,38-}-9,18=13,56%
* Для оценки грунтовых условий необходимо значительно большее число лабораторных исследований образцов, отобранных из каждого слоя. В рассматриваемом примере условно считаем, что одни образец полностью характеризует весь пласт как по высоте, так и по простиранию.
57
аблица Ш.З. Данные результатов лабораторных исследований грунтов (к примерам III.1 и 111.2)
k, cmJc			co	xf 1	l			l-10~6	О	T*				
			О 1П		-01 z		1 о 00		1	1	2 CO		
Е°' МПа				in	co	о T—1	CM			1	О
• га сЕ					xF	CM	2,5		1	1	CM
еГ				о CO о CD CM	о CM CM	о CM	e cp		1	1	24°
				CM	CM CM		co CM			co TF	OO CM
				о	о	o’	o’		o’	o’	О
				о	56 ‘	,96	&		О	oo in	,93
		т/м’			•—I		f			»'4	^4
				8	in CO	CM	b-		in	cn> co	5
				CM	<N	<N	CM*		CM	CM	СЧ
е К £				1	1	0,15	0,22		0,18	о	1
га С Ч к С				1	1	6I‘O	0,54		0,32	3 о	1
% ‘аээви ou eoMtfeoo хнн -чггэлилэвё онхэаьшго}}				1 1	oo	1	1	cm4	,8,12	1	1
	мельче 0,005 			(пример 111	1,22	1,99	12,27	CM	Cl	19,67	23,92	1,1
		J10— ,005		,42		,63	89'	Jg	CM	CO oo	in
		o°	I IN	co	’cF	"cF	CM	cm	о	CM	Ln
S S		1- IQ О		CM	,75	,85			CM	in о	,05
S		-o о	Q	in	in	GO	oo	CO Q	o" CO	co CM	xF
& S		1 Ю ОС	S' О *=t	89'	oo	,84	,42	S' о <4	co	oo о	in
га		-о о	t:	r-	zs		in	C;	о CM	—•	CM
аР		1 IQ —*		CO CO	,29		,28		>,99	CM CD	J,15
г? S		-O О		24,	34,	co	T-H				xF
о га КГ		1 LO LOCM		69'	CM	,42	CM		—	co co	CM
о> S Е		co		oo	XF	CM	o’		co		CN
га •S о		-0,5		8	OO	in CM			О	CM	in oo
КС С		1 CN		Ш CM	»—<	in	o"				CM
		03 I		oo	I	1			1		
		1 О		cn	I	1			1		
		yn-' 10		co CO	1	]				1	
		KP H6(									
И ‘вТ1 -eedgo Bdogxo bhhqAitj				CO	3,5	CO	8,7		2,5	4,5	8,5
ниэквнмэ o\n				—	-<	CM	CM		co	CO	co
BTlEBdpO oft*					CM	co	^4		m	CD	Г-
58
{менее 25%); следовательно, грунт — песок. Содержание более мелких частиц— крупнее 0,5 мм— 13,56+25,96=39,52% (менее 50%), крупнее 0,25 мм —39,52+18,69 = 58,21% (более 50%); следовательно, песок средней крупности.
Для определения однородности состава песка последовательно суммируем содержание частиц, начиная с самых мелких:
менее, мм	. .	. .	0,005	0,01	0,05	0,1	0,25	0,5	2	10	>10
Содержание
частиц, %	.	1.22	4,64	9,76	17.44	41,79 60,48	86,44	95.62	100
Из графика, (см. рис. III.1) находим deo=O,49; dio—0,055 и вычисляем коэффициент (неоднородности </=0,49/0,055 ~ 9.
Плотность сложения песка определяем по коэффициенту пористости и сопоставляем его с показателями табл. III.1, а водонасыщение — по степени влажности и сравниваем ее с показателями, приведенными в § 16:
е = ““Ч1 +0,2) —1 =0,67 (0,55s=e=+0,7);
0,2-2,66
G= —-------— = 0,78 (0,5 sSG^SO.8).
0,67	'
По этим показателям устанавливаем, что песок средней плотности, насыщенный водой. Полное его наименование — песок средней крупности, со степенью неоднородности 9, средней плотности, насыщенный водой. Песок можно использовать для естественного основания.
Образец 2. Грунт отобран из скважины № 1 с глубины 3,5 м. Число пластичности грунта /р<0,01, частицы крупнее 2 мм отсутствуют, следовательно, грунт представляет собой песок. Наименование и состояние песка определяем по аналогии с образцом 1.
Частиц крупнее 0,5 мм содержится 1,8%; крупнее 0,25 мм—16,07%; крупнее 0,1 мм — 50,36%. Таким образом, частиц размером крупнее 0,1 содержится менее 75% — песок пылеватый. Содержание растительных остатков 1,8%, т.е. оно меньше 3% и в наименовании песка не учитывается.
Определяем плотность сложения по коэффициенту пористости (табл. III.1) и водойасышению песка по степени влажности:
2,65
е =	(1+0,22) — ! =0,68 (0,6<е<0,8)
0,22-2,65
0,68
= 0,84 (>0,8).
Итак, рассматриваемый грунт — песок пылеватый, средней плотности, насыщен водой, может служить естественным основанием.
Образец 3. Грунт отобран из скважины № 2 с глубины 6 м. Число пластичности этого грунта /₽=0,19—0,15=0,04. При 0,01 ^/р + 0,07 он должен классифицироваться как супесь.
Коэффициент пористости грунта
2 72 е=-т— (1+0,17)-1=0,63 «0,7).
1,9b
Показатель консистенции
0,17 — 0,15 0,44
= 0,57
(0</L<l).
59
По показателю консистенции грунт находится в пластичном состоянии. Следовательно, грунт — супесь в пластичном состоянии с е=0,63, может быть естественным основанием.
Образец 4. Грунт отобран из скважины № 2 с глубины 8,7 м.
Число пластичности грунта /г = 0,54—0,22 =0,32 (>0,17). Коэффициент пористости
2,71 (1 +0,28)- 1 = 0,78 «1,1).
1 ,Уо
Показатель консистенции ,	0,28 — 0,22
4 = --7"о9------= °.21 (0</Л<0,25).
Заключаем: грунт — глина в полутвердом состоянии, может служить естественным основанием.
Общая оценка строительной площадки № 1. Судя по геологическому профилю, площадка (см. рнс. Ш.5) имеет спокойный рельеф с абсолютными отметками 110,50—110,60. Грунты имеют слоистое напластование с выдержанным залеганием пластов. Все они могут служить естественными основаниями. Наличие на глубине 2—2,2 м пылеватых песков ухудшает условия устройства фундаментов, поэтому размеры фундаментов следует определить с учетом этого слабого слоя. Фундаменты зданий с небольшими нагрузками можно заложить в пределах первого слоя, но с проверкой прочности подстилающего пылеватого песка. При больших нагрузках ва фундамент в качестве рабочего слоя лучше использовать супесь. Попользовать песок средней крупности можно прн условии, что пылеватые пески будут упрочнены. Если в основании будут сохранены пылеватые пески в естественном состоянии, можно ожидать неравномерных осадок фундаментов с различными размерами и формами подошв и однотипных фундаментов с различными давлениями на грунт. Грунтовые воды залегают на абсолютной отметке 104,05 и не будут влиять на устройство оснований, возведение неглубоких фундаментов и эксплуатацию зданий.
Пример I1I.2. Оценить инженерно-геологические условия строительной площадки № 2. Геологический
профиль см. на рис, III.6, данные о грунтах приведены в табл. Ш.З.
Решение. Оценка отдельных слоев грунта.
Образец № 5. Грунт отобран из скважины № 3 с глубины 2 м.
Число пластичности грунта Лр=0,32—0,18—0,14 (0,07</р<0,17), грунт — суглинок. Грунт содержит 8,12% растительных остатков, т. е. больше 5% и меньше 10%; в соответствии со сделанными ранее указаниями к его наименованию добавляем «с содержанием растительных остатков».
ММ	C/fgM
88.80	gees
Рис. Ш.6. Геологический профиль строительной площадки № 2
1 — растительный слой; 2 — суглинок; 3 —< ил; 4 — песок мелкий;  — места отбора образцов
60
Коэффициент пористости грунта
2,57
е= (1+0,42) = 1,26 (>Ч).
1,01
Показатель консистенции
*£ =
0,42 — 0,18 0,14
= 1,67 (>1).
По полученным показателям грунт классифицируем как ил в текучем состоянии с содержанием растительных остатков.
Образец № 6. Грунт отобран из скважины № 3 с глубины 4,5 м.
Число пластичности грунта /р=0,34—0,17=0,17, грунт — суглинок.
Коэффициент пористости
2,69 (1+0,48)-1 = 1,52 (> 1,5).
1 ,оо
Показатель консистенции
!l =
0,48 — 0,17
0,17
= 1,76 (>1).
Итак, грунт находится в текучем состоянии и относится к илам.
Образец №7. Грунт отобран из скважины Ns 3 с глубины 8,5 м.
Число пластичности грунта /р=0, частицы крупнее 2 мм отсутствуют, следовательно, грунт — песок.
Определяем его наименование. Частиц крупнее 0,5 мм — 2,85%, крупнее 0,25 мм — 29,05%, крупнее 0,1 мм — 77,2%. Таким образом, частиц размером крупнее 0,1 мм более 75%; следовательно, песок мелкий.
Коэффициент пористости грунта
2,61 е= —------ (1 +0,28) —1 =0,73 (0,6<е <0,8).
1,93
Степень влажности
0,28-2,61 -	0,73-1	- '
Следовательно, грунт — песок мелкий, средней плотности, водоиасыщен-ный, может быть естественным основанием.
Общая оценка грунтовых условий строительной пло-щ а д к и № 2. Два первых слоя грунтов являются илами в текучем состоянии и не .могут служить естественным основанием. Третий слой — песок мелкий, средней крупности, водонасыщенный, может быть основанием. При строительстве на этой площадке должны быть приняты фундаменты глубокого заложения.
Пример III.3. По результатам девяти лабораторных испытаний на плоский срез при вертикальных давлениях 0,1; 0,2 и 0,3 МПа определить характеристики прочности суглинка. Данные испытаний приведены в табл. III.4 и на графике (рис. III.7).
61
Таблица Ш.4. Данные испытаний и вспомогательные вычисления Для определения характеристик прочности грунтов
№	Pi		7*	Pi~ рср	А	(р,- — ₽ср>’	₽/ tg ч" + + c"-V	(Рг- tg q>H + + сН-тр«
1	0,1	0,01	0,07	—0,1	—0,007	0,01	1,7-ЦО-3	2,89-10-®
2	0,1	0,01	0,071	—0,1	—0,0071	0,01	8,4-IO”3	70,.56-10-®
3	о,1	0,01	0,072	—0,1	—0,0072	0,01	10,1-НО-3	102ДИ  1O-®
4	0,2	0,04	0,095	0	0	0	0,7-IO-3	0,49-10-®
5	0,2	0,04	0,105	0	0	0	-1,6- ЦО-3	2,56-10-®
6	0,2	0,04	0,11	0	0	0	0,1-io-3	0,01- io-®
7	0,3	0,09	0,125	0,1	0,0125	0,01	-0,3- 1О~3	0,09-10-®
8	0,3	0,09	0,135	0,1	0,0135	0,01	-A6-L0-3	413,.516-10-®
9	0,3	0,09	0,14	0,1	0,014	0,01	—4,9-IO-3	25,01 • 1O-®
Сумма	1,8	0,42	0,923		0,019	0,06	—	247,18-10-®
Решение. Все вспомогательные вычисления приводим в табл. Ш.4.
Рис. III.7. График результатов обработки испытаний сопротивления глинистых грунтов сдвигу
I — для нормативных значений tg Ч> и с; 2 — сдвиг при k г >1; 3 — сдвиг при *г <>
Нормативное значение tg <рн вычисляем по формуле (III. 12):
tg <рв = 0,019/0,06 = 0,317, фн = 17°35',
а сн — по формуле (III.14):
0,923 - 0,317-1,8
= 0,04 МПа.
9
Расчетные характеристики этих показателей зависят от коэффициента безопасности по грунту kT, который в свою очередь зависит от средних квадратичных отклонений otgq) и а„, коэффициентов вариации v и показателей точности р.
По формуле (III.16) находим величину сх :
°т =
.. /"247,18-10~6
V 9—2
» 0,006.
Среднее квадратичное отклонение Gjg ^находим по формуле (III.13):
<ь„= 0,006 1/ ----------— = 0,0245,
‘gq> у о,06
62
а среднее квадратичное отклонение <тс— по формуле (III.15): , Г 0,42
ос = 0,006 V —-------= 0,0053.
с	У 9-0,06
Коэффициент вариации v вычисляем по формуле (III.8): для коэффициента внутреннего трения
v = 0,0245/0,317 = 0,078,
а для удельного сцепления
4 = 0,0053/0,04 = 0,132.
Показатель точности р вычисляем по формуле (III.На) с коэффициентом ta = 1,9, который принимаем по табл. Ш.З для доверительной вероятности <х=0,95; для девяти испытаний при двух степенях свободы п—2=7.
Для tg<р — р= 1,9-0,078 = 0,15 н для с — р= 1,9-0,132=0,25.
Коэффициент безопасности по грунту определяем по формуле (III.18) при —р и +р.
При минусовом значении р:
для tg <р
1
Лг=--------=
1—0,15
1,18;
для с
1
1—0,25
1,33.
При плюсовом значении р: ДЛЯ tg <[.' —
для с
kf 
1
1+0,15
я 0,87;
1
1 + 0,25
я 0,8.
Отсюда расчетные характеристики:
tg<p = 0,317/1,18 = 0,304; <р я 15° и с = 0,04/1,33 = 0,03 МПа;
tgq>= 0,317/0,87 = 0,269, <р я 20° и с = 0,04/0,8 = 0,05 МПа.
Диаграммы сдвига для нормативного и расчетных значений прочностных характеристик приведены на рис. II 1.7.
Пример 1П.4. По данным лабораторных испытаний в одометре определить коэффициент сжимаемости глины (см. пример III.1, образец № 4) в интервале давлений 0,05—0,2 МПа:
р, МПа	.	. 0	0,05	0,1	0-2	0,4	0,8
е . .	.	0,78	0;,779	0,776	0|,769	0,753	0,738
Решение. По приведенным данным строим компрессионную кривую, наносим на график соответствующие точки и соединяем их плавной кривой линией (см. рис. I1I.2). Кривая может пройти не через все экспериментальные точки; при построении производится графическое уравновешивание результатов испытаний. При рг=0,05 МПа ei =0,779, при рг=0,2 МПа е2=
63
0,769. По формулам (Ш.4) и (Ш.4а) определяем коэффициенты сжимаемости и относительной сжимаемости:
_ 0,779 — 0,769 а~ 0,2 — 0,05
0,066 МПа-1
И
0,066	.
Co=T+oj8=0’037 МПа •
Согласно условной классификации (§ 16), грунт—средней сжимаемости.
Модуль общей деформации грунта (глины) при коэффициенте 0=0,43 по формуле (Ш.5) будет:
Ео = 0,43/0,037= 11,6 МПа.
Пример III.5. По данным полевых испытаний пробными статическими нагрузками в шурфе жестким плоским штампом диаметром d=80 см, площадью Е«5000 см2 определить модуль общей деформации песка в интервале давлений 0,05—0,2 МПа:
Давление р, МПа ....	0	0,05	0,1	0,15	0,2	0,25	0,3 0,35
Осадка штампа 5, мм . .	0	0,85	2	3,45	5Д	6,95	9,45 12,55
Решение. Строим график зависимости осадки штампа от давления. По ГОСТ 12374—66 принимаем масштаб для р=0,1 МПа равным 40 мм, а для 5 = 1 мм равным 10 мм (рис. Ш.8).
Рис. Ш.8. График зависимости осадки от давления, построенный по результатам испытания грунтов пробной статической нагрузкой
Через четыре опытные точки, начиная с давления рвр=0,05 МПа, проводим осредияющую прямую, что допустимо из-за малого разброса точек (в других случаях пользуются методом наименьших квадратов).
В заданном интервале давлений, принимая для песка ро = 0,3 и 0=0,74, определяем модуль общей деформации по формуле (Ш.5а):
0,15
Ео = 0,8-80 (1—0,3») —5—= 22 МПа 0,4
и относительный коэффициент сжимаемости по формуле (Ш.5):
а0 = 0,74/22 = 0,034 МПа-1.
Согласно приведенной выше классификации, по полученным значениям а0 заключаем, что грунт 'малосжимаемый.
64
Глава IV. ОБЩАЯ ОЦЕНКА ПРОЕКТИРУЕМЫХ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ
§ 20. Виды деформаций зданий и сооружений
Перед проектированием основания следует изучить конструктивную и расчетную схемы сооружения, оценить его жесткость, определить величины и условия передачи нагрузок на фундаменты и основания, установить характер и предельные значения возможных деформаций.
При равномерных осадках основания подошва сплошного массивного сооружения или фундаменты отдельных конструкций в любой момент времени опускаются на одинаковую величину. Такие осадки не вызывают перераспределения усилий в конструкциях, но затрудняют нормальную эксплуатацию, предельные величины осадок ограничиваются эксплуатационными и технологическими требованиями.
При неравномерных конечных осадках и неравномерном затухании их во времени основания массивных фундаментов, отдельных сечений плит и ленточных фундаментов опускаются на разную величину, вызывая перераспределение усилий и деформации в надземных частях зданий и сооружений.
Неравномерные осадки ухудшают условия эксплуатации оборудования, изменяют условия устойчивости сооружений, вызывают перенапряжения в отдельных конструкциях и элементах. Поэтому предельные величины неравномерных осадок устанавливаются не только по эксплуатационным и технологическим требованиям, но и из условий прочности, деформаций и устойчивости сооружений.
Для выявления и оценки возникающих деформаций сооружений неравенство (11.1) удобно рассматривать раздельно:
Абсолютные осадки.................
Средние осадки ...................
Относительные осадки..............
Креи.............................
Кривизна изгибаемого участка (прогиб или выгиб).................
Относительный угол закручивания . Горизонтальные перемещения . . .
пред ср t ^S( СР • пред
пред
пред
пред
Xt^Xt пред ГЛ ^'Г71 пред
Абсолютная осадка S характеризуется осадкой какой-либо точки подошвы сооружения, общей осадкой жесткого сооружения или отдельного фундамента (рис. IV.1).
Средняя осадка Scp вычисляется по абсолютным осадкам 5, не менее трех фундаментов или трех точек (в общем случае п точек) сплошного фундамента:	. ,
Si Ft +	+ • • • + Fn
F1+F2+ . . -+Fn
Scp —
(IV.l)
где Si, St, ..., S„ — осадки отдельных фундаментов или их отдельных точек; Fi, F2, ..., F„ — площади подошв фундаментов.
3 Зак. 274
65
Средняя осадка определяется для зданий и сооружений, когда их основания на всей площади однородны или состоят из однородных пластов грунта с согласным залеганием и когда отклонение осадок отдельных точек не превышает 50% средней величины.
Рис. IV. 1. Схема равномерной осадки сплошного фундамента
Рис. IV.2. Схема крена сплошного фундамента
Разность абсолютных осадок основания сооружения или отдельных опор и фундаментов, отнесенная к расстоянию между ними, нормируется креном, перекосом, прогибом, выгибом, кривизной изгибаемого участка, закручиванием.
Крен (наклон) характеризуется разностью абсолютных осадок двух крайних точек сплошных массивных сооружений или отдельных фундаментов, отнесенной к расстоянию между ними (рис. IV.2)..
Перекос здания или сооружения возникает в результате разности осадок двух или нескольких, расположенных на одной поперечной или продольной оси, фундаментов (рис. IV.3):
5Л--
L
(IV.2)
где 5Л и Sn — осадки крайних точек сплошного или двух соседних фундаментов; L — расстояние между точками, где определялись осадки.
Относительный прогиб или выгиб здания и сооружения определяется при изгибе подошвы гибкой плиты или ленточного фундамента и опускании отдельных фундаментов по криволинейной поверхности. При прогибе изогнутая поверхность основания обращена выпуклостью вниз, а при выгибе— выпуклостью вверх (рис. IV.4). Эти деформации оцени
66
ваются отношением стрелы прогиба (выгиба) к длине изогнувшейся части здания или сооружения и кривизной изгибаемого участка.
Прогиб и выгиб сооружения могут возникнуть одновременно. Их относительные величины определяют по абсолютным осадкам S; минимум трех отдельных фундаментов или по осадкам в стольких же точках сплошных фундаментов:
2 Sa — S, — S3
/ =---’ (IV‘3)
где L — расстояние между точками, в
Рис. IV.4. Схема деформаций поверхности основания здания при прогибе и выгибе
Рис. IV.3. Схема перекоса сооружения в результате неравномерной осадки опор
Кручение фундамента или сооружения в горизонтальной плоскости оценивается углом закручивания. Оно возникает, например, в прямоугольной фундаментной плите, когда осадки противоположных углов, расположенных по одной диагонали, меньше осадок под углами другой диагонали.
Для некоторых зданий и сооружений предельно допустимые величины совместных деформаций основания и конструкций приведены в СНиП 11-15-74. При соответствующем обосновании они могут быть изменены.
§ 21. Оценка зданий и сооружений по жесткости
Здания, сооружения и их отдельные элементы в зависимости от чувствительности к осадкам условно подразделяются на абсолютно жесткие, относительно жесткие и нежесткие.
Абсолютно жесткие сооружения обладают большой вертикальной жесткостью (элеваторы, доменные печи, кирпичные и железобетонные дымовые трубы,, водонапорные башни со сплошными стволами, массивные мостовые опоры и пр.). Они не изгибаются, а дают осадку как единый массив, при этом поверхность основания остается плоской. Осадка таких сооружений в этом случае может быть равномерной, тогда она
3* Зак. 274
67
оценивается величиной абсолютной осадки, или неравномерной, при этом она оценивается средней осадкой и креном сооружения в одном или в двух направлениях.
Равномерная осадка жесткого сооружения или конструкции происходит на однородном или слоистом основании с согласным залеганием пластов от центрально приложенной вертикальной нагрузки. Крены их могут возникнуть от внецеитрен-но приложенной нагрузки, от пригрузки соседними фундаментами, готовой продукцией, отходами производства и др. В слоистом основании с выклинивающими слоями различной сжимаемости внецентренно приложенная нагрузка может увеличить или уменьшить крен.
Нежесткие — гибкие сооружения, передавая нагрузку на грунты, следуют за осадкой основания, при этом дополнительных напряжений в них не возникает. К ним относят здания и сооружения с цельнометаллическим каркасом, гибкие днища резервуаров, сооружения со статически определимой схемой несущих конструкций (например, эстакады и галереи с разрезными пролетными строениями). Осадки этих сооружений следуют за осадками оснований и не вызывают значительных перераспределений напряжений конструкций.
Относительно жесткие сооружения, деформируясь вместе с основаниями, оказывают влияние на величину осадок и частично их выравнивают. В конструкциях происходит перераспределение напряжений и изменение усилий, действующих на основание. К этой группе относят здания и сооружения с рамными и неразрезными железобетонными конструкциями, с несущими стенами и жесткими железобетонными перекрытиями, кирпичные, крупноблочные и крупнопанельные здания. Они чувствительны к неравномерным осадкам, и при их расчете необходимо учитывать все возможные виды деформаций.
Предельные деформации нежестких и относительно жестких сооружений назначаются из условий обеспечения их нормальной эксплуатации, прочности и устойчивости конструкций и отдельных элементов.
При классификации сооружений в зависимости от конструктивной схемы все сооружение по жесткости может быть отнесено к одному виду, а его отдельные элементы могут быть отнесены к другому виду. Например, эстакаду с разрезными пролетными строениями на массивных опорах можно отнести к нежестким, а ее массивные опоры — к абсолютно жестким конструкциям; здание цеха, выполненное в металлических конструкциях с шарнирными соединениями и гибкими связями между элементами, можно отнести к нежестким конструкциям, а его монолитные фундаменты — к абсолютно жестким конструкциям. В таких конструктивных схемах деформации всего сооружения и его отдельных частей оценивают отдельно.
68
§ 22. Нагрузки на основания
Нагрузки и воздействия на основания и фундаменты делятся на постоянные, длительные временные и кратковременные.
Нагрузки на фундаменты и их сочетания устанавливаются исходя из условий совместной работы сооружения — фундамента — основания. В расчете учитываются наиболее неблагоприятные из возможных одновременных сочетаний нагрузок во время строительства и эксплуатации здания и сооружений. При этом различают: основные сочетания нагрузок, состоящие из постоянных, длительных и кратковременных; особые сочетания нагрузок, состоящие из постоянных, временных длительных, возможных кратковременных и одной из особых нагрузок.
Действующие нормы рекомендуют расчет оснований по предельным деформациям производить от основного сочетания расчетных нагрузок с коэффициентом перегрузки п—>1.
Расчет по несущей способности рекомендуется производить на основное сочетание расчетных нагрузок, а при наличии особых нагрузок и воздействий — на основное и особое сочетание расчетных нагрузок с соответствующими коэффициентами перегрузок когда приложенные нагрузки улучшают условия работы основания принимается п^1.
При расчете на основные сочетания нагрузок с одной кратковременной нагрузкой ее учитывают без снижения, а при двух и более кратковременных нагрузках их уменьшают с введением коэффициента сочетания пс=0,9.
При расчете оснований по несущей способности от особых сочетаний нагрузок кратковременные нагрузки умножаются на коэффициент сочетания пс=0,8.
В жилых и общественных зданиях перекрытия всех этажей практически не могут быть одновременно загружены максимальной временной нагрузкой. Их неравномерное нагружение учитывается снижением суммарной величины временной нагрузки, действующей на фундамент, введением понижающего коэффициента т).
Для квартир, спальных комнат общежитий, санаториев, домов отдыха, палат больниц и аналогичных помещений
т) = 0,3 4-0,6/ р7 т ,	(IV.4)
где т — число этажей перекрытия, от которых нагрузка передается на фундаменты и основания;
для зрительных, спортивных, читальных, обеденных залов, выставочных и подобных помещений при
- ц = 0,5 + 0,6/У7Г.	(IV.5)
Величины коэффициентов сочетаний для других видов кратковременных нагрузок приведены в СНиП II-6-74.
Необходимо отметить, что приведенные сочетания нагрузок в основном отвечают условиям работы строительных конструк
69
ций, находящихся в пределах упругости, к которым применим принцип независимости действия сил; после снятия нагрузки остаточные деформации отсутствуют и конструкция принимает свое первоначальное положение.
Для естественных оснований рекомендуемые сочетания нагрузок, строго говоря, применимы при одновременном, одноразовом приложении всех нагрузок, действующих постоянно. Эти условия имеют место в зданиях и сооружениях, в которых постоянные нагрузки значительно превышают временные и последние существенно не влияют на общую осадку фундаментов.
В тех случаях, когда временные нагрузки преобладают над постоянными, эти сочетания следует назначать с учетом изменения осадок во времени от различных нагрузок.
Поскольку осадки протекают во времени и складываются из остаточных и восстанавливающихся, к грунтам, особенно к глинистым, не применим принцип независимости действия сил, и нельзя суммировать напряжения и осадки без учета изменения свойств грунтов от предыдущих нагружений. Каждая приложенная к грунту и снятая нагрузка дает остаточную осадку и оставляет свой след в общей деформации основания.
При определении суммарной осадки важно установить, какую осадку вызывает постоянная или временная нагрузка, а также установить последовательность приложения временных нагрузок и длительность их действия. Если вначале приложена и через некоторое время снята большая, а затем приложена и снята меньшая по величине нагрузка, то в результате первоначального уплотнения грунтов большей нагрузкой осадка от приложенной в последующем меньшей нагрузки будет меньше, чем при обратной последовательности.
Конечные осадки будут определены более достоверно, если сочетание нагрузок назначать дифференцированно, с учетом последовательности, времени приложения и действия каждой нагрузки.
В зданиях и сооружениях со статически неопределимой схемой несущих конструкций неравномерные осадки отдельных опор приводят к перераспределению усилий в элементах и нагрузок на фундаменты и основания.
По СНиП 11-15-74 перераспределение нагрузок на основания можно не учитывать в следующих случаях:
в расчетах по устойчивости — при проверке совместной устойчивости массива грунтов и сооружения;
в расчетах по деформациям — при проектировании оснований абсолютно жестких и гибких зданий и сооружений, когда неравномерные осадки не повлияют на нормальную эксплуатацию оборудования и не превысят технические допуски; при привязке типовых проектов, когда приведены условные величины деформаций и их можно использовать в расчетах без учета
70
жесткости конструкций; при предельных величинах деформаций оснований, не превышающих величин, приведенных в нормах; при расчете оснований зданий и сооружений III и IV класса.
Влияние перераспределения нагрузок на фундаменты и их осадки можно учесть методом приближения последовательными расчетами.
Основания и фундаменты часто проектируют раньше несущих конструкций. Тогда на схеме здания или сооружения выявляют несущие элементы, которые передают нагрузки на фундаменты, грузовые площади и приложенные к ним нагрузки. Нагрузки в этом случае определяют как для разрезных конструкций без учета осадок опор и перераспределения опорных реакций. Грузовую площадь стен здания, в которой, имеются оконные проемы, целесообразно принимать длиной, равной расстоянию между осями проемов.
Внецентренно приложенные нагрузки на стены и столбы от карнизов, балок перекрытия, стропил принимаются в соответствии с нормами проектирования каменных конструкций, приложенными по оси подошвы фундамента.
В расчетах фундаментов подвальных, заглубленных и полу-заглубленных помещений момент ния земли и нагрузки на поверхности /7=10 кН/м2 по подошве фундамента (рис. IV.5) учитываются в двух случаях: первый — перекрытия расположены выше точки пересечения наклонной и вертикальной линий эпюр; второй — на фундаментах еще не смонтированы конструкции перекрытий, а пазухи котлована с одной стороны уже засыпаны. В последнем случае дополнительно учитываются нагрузки, действующие в период строительства.
Ординаты эпюры горизонтальных давлений и их равнодействующая находятся по формулам:
от горизонтального давле-
Рис. IV.5. Схема горизонтального давления грунта на стену подвала
/ *Ри I t=(9+gYnz)te2 I45 I ;
। АФ (... ‘Pn
T = I ?Лф + -  v I tga I 45— — I .
(IV.6}
(IV.7>
71
Расстояние равнодействующей от подошвы фундамента определяется графически или из выражения
___h й + 3 Дпр
3 h + 2 йпр где йпр =<7/£уп.
Момент по подошве фундамента определяется как момент на опоре однопролетной балки с одним заделанным концом.
Характеристики грунтов пазух котлована можно принять равными: фП=20°, уц=1,8 т/м3.
Пример IV.1. Определить (собрать) нагрузки на фундаменты наружной и внутренней стены шестиэтажного жилого дома с подвалом (рис. 1V.6). Стены здания кирпичные. Толщина наружных стен первого этажа 64 см, остальных этажей 51 см, внутренних — соответственно 51 и 38 см. Высота этажа 3 м. Междуэтажные н чердачные перекрытия выполняются из крупноразмерных железобетонных плит. Кровля плоская из железобетонных плит по стропильным балкам.
Постоянные нормативные нагрузки от конструкций, кН/м2:
покрытия (гидроизоляция, настил, балкн) на
1 м2 проекции . .	. ....................is
чердачного перекрытия........................33
междуэтажного перекрытия....................з’б
перегородок на 1 м2.........................f
железобетонного карниза на 1 м стены . . .5,2
кирпичной кладки ........................... 18
Временные нормативные нагрузки, кН/м2:
от снега на 1 м2 проекции кровли . .	.1
на чердачное перекрытие.....................0,75
на междуэтажные перекрытия .	. . 1,5
Решение. Определение (сбор) нагрузок на наружную стену по оси А. Грузовая площадь между осями оконных проемов F=2,53-2,8=7 м2, где 2,53 м — расстояние между осями; 2,8 м -— половина расстояния в чистоте между стенами.
Нормативные нагрузки на 2,53 м длины фундамента на уровне спланированной отметки земли, кН
постоянные нагрузки:
покрытия .......................
чердачного перекрытия . . . . шести междуэтажных перекрытий перегородок на шести этажах . . карниза и стены выше чердачного перекрытия......................
стены со второго и выше этажей на длине 2,53 м за вычетом оконных проемов ....................
цоколя н стены первого этажа на длине 2,53 м за вычетом оконных проемов.........................
1,8-7=12,6
3,8-7=26,6 3,6-7-6=151,5 1-7-6=42
(2.5+0,6-0,51 • 10-1,8)2,53=27
0,51(3-2,53—1,58Х XI,22)5-10-1,8=260
0,64(4,05-2,53—1.58Х
XI,22) 10-1,8=96
Итого . . . . 615,7
72
Рис. JV.6. Схема к определению на* грузок на фундаменты
а — план; б — разрез здания; /, 2 — грузовые площади соответственно для наружной н внутренней стены
73
временные нагрузки:
от снега ...................
на чердачное перекрытие . . на шесть междуэтажных перекрытий с коэффициентом 0,545
1-7=7
0,75-7=5,3
1,5-7-6-0,545= 34,3
Итого . . . . 46,6
Неодновременное загружение шести этажей учитываем снижающим коэффициентом, определяемым по формуле (IV.4):
Ч = 0,3 + 0.6//6 = 0,545.
Для рассматриваемого здания основным является расчет по деформациям, поэтому принимаем коэффициент перегрузки п'=1.
Расчетные нагрузки на 1 м наружной стены: постоянная
615 7 № = 1 =244 кН:
£ fDO временная
„	46,6
=	1 = 18,4 кН.
в 2,53
Определение (сбор) нагрузок на внутреннюю стену по оси Б. Грузовая площадь (2,8-J-2,8) 1 =5,6 м2 (по длине здания—1 м, по ширине — половина расстояния в чистоте между стенами в двух пролетах).
Нагрузки на фундамент на уровне спланированной отметки земли,
постоянные нагрузки от конструкций:	
покрытия		1,8-5,6=10,2
чердачного перекрытия . . шести междуэтажных перекры-	3,8-5,6=21,3	/
тий 		3,6-5,6-6=121
перегородок на шести этажах стены первого этажа (объем	1-5,6-6=33,6
дверных проемов условно принимаем 7,5% объема всей	
кладки) 		0,51-4,05-1-18-0,925= =34,4
стены верхних этажей, включая чердак		0,38-15,6-1-18-0,925= =99
Итого
«320
«ременные нагрузки:
от снега....................
на чердачное перекрытие . . на шесть междуэтажных перекрытий с коэффициентом т] = = 0,545 .....................
1,5-6=5,6 0,75-5,6=4,2
1,5-5,6-6-0,545=27,5
Итого
«37,3
Расчетные нагрузки на 1 м длины внутренней стены:
постоянная	„	320-1
	= —-— = 32Q кН;
временная	„	37-1 ЛГ£ =	= 37 кН. в 1
74
Раздел II. ФУНДАМЕНТЫ НЕГЛУБОКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ
Глава V. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ ФУНДАМЕНТОВ
§ 23.	Виды фундаментов и особенности их проектирования
Фундаменты проектируются индивидуально для каждого здания и сооружения. Сложность проектирования заключается в том, что основные размеры фундаментов определяются расчетом исходя из прочности и устойчивости грунтов основания, которые в свою очередь во многом предопределяются конструкцией, основными размерами и формой подошвы фундаментов.
В процессе проектирования необходимо: выбрать наиболее экономичные и технически целесообразные типы конструкций, материал и количество фундаментов; установить для каждого фундамента расчетные давления на грунты основания; подобрать основные размеры —- глубину заложения, форму и площади подошв фундаментов, которые обеспечивали бы устойчивость основания и сооружения; разработать конструкцию, рассчитать каждый фундамент; предусмотреть такую организацию работ по устройству котлована и возведению фундаментов, при которой не нарушались бы природные свойства грунтов основания и не были повреждены объекты, расположенные рядом.
Фундаменты могут быть деревянные, каменные, камнебетонные и железобетонные.
По условиям изготовления различают фундаменты: монолитные, возводимые непосредственно в котловане, и сборные,, монтируемые из готовых элементов. Применение сборных фундаментов снижает сроки работ нулевого цикла.
Фундаменты, работающие преимущественно на сжатие и выполняемые из каменной кладки, бетона и, реже, из железобетона, относятся к массивным жестким конструкциям; фундаменты, работающие на сжатие и изгиб и выполняемые из железобетона, — к гибким.
По форме фундаменты разделяются на сплошные, ленточные и отдельные.	>
Проектирование фундаментов, как указывалось выше,, включает два этапа. Ниже рассмотрено определение основных размеров фундаментов: глубины заложения, размеров и формы подошвы из условий работы грунтов основания. Соблюдение правил конструирования массивных и сборных гибких фундаментов исключает проверку их прочности и позволяет ограничиться подбором основных размеров.
75-
§ 24.	Определение глубины заложения фундаментов
Глубина заложения фундаментов зависит от конструктивных и эксплуатационных особенностей зданий и сооружений, инженерно-геологических условий строительной площадки, величины и характера нагрузки на основание.
По конструктивным и эксплуатационным соображениям глубина заложения назначается в соответствии с общим решением здания и сооружения, их отдельных конструкций, коммуникаций и конструкций самого фундамента.
Рис. V.I. Глубина заложения фундамента в зависимости от отметки пола в заглубленном помещении и ввода коммуникаций 1 — трубопровод; 2 — фундаментная плита
Рис. V.2. Глубина заложения фундамента в зависимости от отметки ввода коммуникаций / — стена; 2 —каменная	кладка; 3 —
перемычка
В зданиях с подвалом и полуподвалом, в заглубленных и полузаглубленных сооружениях (водозаборы, насосные станции, резервуары, бункера), около приямков, каналов, примы-кающих к фундаментам, ошГзакладываются на 0,2—и,а м ниже отметки пола в этих помещениях (рис. V.l it V.2).
Фундаменты, примыкающие друг к другу, закладываются на одной отметке.
Разность отметок заложения рядом расположенных фундаментов или фундаментов с каналами, тоннелями и пр. при расстоянии в свету I между наиболее близкими точками не должна превышать величину Д/г:
А/г
сг \ tg <Pi +-------
Pep /
где <pi — расчетное значение угла внутреннего трення; ст — удельная сила сцепления грунта; рСр — среднее давление по подошве фундамента, расположенного выше.
76
При этом условии исключаются ослабление основания соседнего фундамента и опирание нового фундамента на насыпной грунт ранее засыпанного котлована (рис. V.3).
Подошва фундаментов должна быть заложен^ ниже ввода коммуникаций (трубы водопровода, канализаТ^йи, теплотрас-сы, технологических трубопроводов, каналов с транспортерами и прочим оборудованием). При этом условии трубы не подвержены дополнительному давлению от фундамента; фундаменты не опираются на насыпной грунт траншей, вырытых для прокладки труб; в случае аварии уменьшается зона замачивания грунта, а при замене труб не будут нарушены грунты основания.
Рис. V.3. Заложение фундамента в зависимости от глубины заложения рядом расположенных и примыкающих конструкций (при заложении на отметке а фундамент опирается на насыпной грунт пазуха котлована; при заложении на отметке б происходит ослабление основания существующего фундамента) / — приямок; 2 — существующий фундамент; 3 — проектируемый фундамент; 4 — пазух котлована; б — основание
В случае сборных фундаментов глубина заложения дополнительно определяется принятой конструкцией! и размещением по высоте фундаментных блоков и подушек, а в монолитных — прочностью сечения фундамента и конструктивными требованиями.
В зависимости от уклона поверхности земли, различных грунтовых и других условий отдельные сечения ленточных фундаментов по длине и отдельные фундаменты одного здания и сооружения могут иметь различную глубину заложения. Глубина заложения и прочность фундаментов при необходимости проверяются из условия крепления закладных частей, замоноличивания анкерных болтов мачт, оборудования и т. д.
Следует учесть, что с заглублением фундаментов увеличивается расчетное давление и устойчивость грунтов. Минималь^ ная глубина заложения фундаментов по конструктивным тре~ бованиям принимается не менее 0,5 м от спланированной поверхности территории,^	"————
По инженерно-геологическим условиям глубина заложения фундаментов назначается в соответствии с особенностями на-
77
пластования и свойствами отдельных пластов грунта строительной площадки, глубиной сезонного промерзания и оттаивания грунтов, уровня грунтовых вод и его колебаниями.
При наличии в толще основания слабых грунтов типы оснований и фундаментов выбираются в результате технико-экономического сравнения вариантов. Слабые грунты могут быть упрочнены, заменены песчаной подушкой, пройдены фундаментами или в зданиях и сооружениях предусматриваются мероприятия, снижающие влияние на них неравномерных осадок. Если слабые грунты сохранены в основании, необходимо проверить прочность подстилающего слоя.
В слоистых основаниях все фундаменты предпочтительно возводить на одном грунте или на грунтах с одинаковой прочностью и сжимаемостью их во времени. В основаниях с выклинивающими или несогласно залегающими пластами это условие часто невыполнимо. В этом случае размеры фундаментов выбираются главным образом из условий выравнивания их осадок.
Глубина заложения фундаментов из условия промерзания грунтов назначается в зависимости от их вида, состояния, начальной влажности и уровня грунтовых вод в период промерзания.
В процессе промерзания грунты увеличиваются в объеме, в них развиваются силы пучения, которые в отдельных грунтах могут превысить давления по подошве фундамента и быть причиной деформации зданий и сооружений.
Для развития морозного пучения недостаточно влаги, содержащейся в грунте. В результате сложных физико-химических процессов к фронту промерзания мигрирует (подтягивается) влага из ниже лежащих водонасыщенных грунтов и водоносных горизонтов. Существенную роль в миграции влаги играет способность грунтов связывать воду и температурный режим. При низких температурах вода не успевает подтянуться к фронту промерзания и грунты замерзают при влажности, близкой к природной. При температурах, близких к 0°С, создаются оптимальные условия для переувлажнения грунтов.
Наибольшему пучению подвержены грунты, содержащие пылеватые и глинистые частицы.
Крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем, пески гравелистые, крупные и средней крупности относятся к непучи-нистым грунтам, глубина заложения фундаментов в них не зависит от глубины промерзания в любых условиях.
В тех случаях, когда уровень грунтовых вод во время промерзания находится от спланированной отметки земли на глубине, равной расчетной глубине промерзания плюс 2 м (рис. V.4), в песках мелких и пылеватых с любой влажностью и в супесях твердой консистенции глубина заложения фундаментов наружных стен и колонн назначается без учета промер
78
зания грунтов. Высота 2 м примерно соответствует предельному капиллярному поднятию грунтовых вод, и при этой высоте от уровня грунтовых вод до фронта промерзания дополнительное увлажнение промерзающих грунтов незначительное.
Во всех остальных грунтовых условиях глубина заложения наружных фундаментов назначается не менее расчетной глубины промерзания. Исключение составляют площадки, сложенные суглинками, глинами, а также крупнообломочными
грунтами с глинистым заполнителем при консистенции глинистого грунта или заполнителя/L<0,25. В этих условиях глубину заложения фундаментов, наружных стен и колонн можно назначать не ме-
Рис. V.4. Схема к определению расчетного промерзания грунтов и выбору глубины заложения фундаментов
У ГВ во время промерзания грунта
нее 0,5 расчетной глубины промерзания от спланированной отметки земли.
В отапливаемых зданиях с холодными подвалами и техническими подпольями фундаменты наружных и внутренних стен и колонн в глинистых грунтах рекомендуется закладывать на глубину не менее 0,5 расчетной глубины промерзания, считая от пола подвала или подполья.
Глубина заложения внутренних фундаментов отапливаемых зданий назначается независимо от глубины промерзания, если во время строительства и эксплуатации возле фундаментов исключено промерзание грунтов.
В неотапливаемых зданиях все фундаменты закладываются на глубину не менее расчетной глубины промерзания с коэффициентом mt — ,1,1, считая от пола подвала, подполья или планировочной отметки земли.
В районах с отрицательными среднегодовыми температурами глубина заложения уточняется специальными расчетами.
Расчетная глубина промерзания Н определяется по формуле
H =	(V.1)
где Нв — нормативная глубина промерзания; mt — коэффициент влияния теплового режима здания на промерзание грунтов у наружных стен (табл. V.1).
При вылете консоли фундамента, равном 1,5 м и более, значение mt повышается на 0,1 на каждый метр.
Нормативная глубина промерзания назначается по наблюдениям за сезонным промерзанием, по теплотехническим расчетам в зависимости от средней температуры воздуха (СНиП П-15-74) и по схематической карте, приведенной в СНиП
79
Рис. V.5. Схематическая карта нормативных глубин промерзания грунтов
Таблица V.l. Значение коэффициента mt в зависимости от конструкций пола первого этажа и расчетной среднемесячной температуры в помещениях
Конструкция пола	Значение	при расчетной среднемесячной темпера- туре t °C			
	5	5—10	10—15	15—20
Полы первого этажа на грунте	0,8	0,7	0,6	0,5
То же, на лагах по грунту	0,9	0,8	0,7	0,6
То же, но утепленному цокольному перекрытию	1	0,9	0,8	0,7
Здание с подвалом или техническим подпольем	0J	0,6	0,5	0.4
П-А.6-72 «Строительная климатология и геофизика. Основные положения проектирования» (рис. V. 5). На карте нормативные значения приведены для глин и суглинков; для супесей, пылеватых и мелких песков они увеличиваются в 1,2 раза.
Наиболее часто из-за морозного пучения возникают деформации неэксплуатируемых зданий, а также при производстве работ зимой, когда не засыпаны и не утеплены пазухи котлованов, не отапливаются подвалы и подземные помещения.
Грунтовые воды не оказывают непосредственного влияния на глубину заложения фундаментов. Однако заложения фундаментов ниже уровня грунтовых вод следует избегать, так как это вызовет дополнительные работы, что осложнит возведение фундаментов и устройство оснований, а неправильная организация водопонижения нарушит естественное залегание грунтов и ухудшит их свойства.
По требованиям санитарно-технической инспекции в зданиях с подвалами и подземными помещениями уровень грунтовых вод должен быть на 0,5—1 м ниже уровня пола этих помещений.
§ 25.	Нормативное и расчетное давления на грунты основания
Нормативное давление на грунт при действии вертикальных нагрузок и при небольших горизонтальных составляющих, которые уравновешиваются боковым давлением грунта, воспринимаются конструкциями перекрытий, полами подвалов и другими элементами, принимают равным начальному критическому давлению (7?н—рНач.кР) по формуле (1.1) с ^макс — =,0,25 Ь. Эта формула учитывает только условия работы грунтов оснований. Между тем давление на основание зависит и
81
от особенностей проектируемых зданий и сооружений, их конструктивной схемы и жесткости, перераспределения опорных реакций от неравномерных осадок, наличия заглубленных помещений подвалов и пр.
Прямого спбсоба оценки конструктивных особенностей зданий и сооружений пока нет, они учитываются соответствующими коэффициентами.
Нормативное давление R11 — давление, при котором обеспечивается устойчивость основания сооружения в течение всего периода эксплуатации зданий и сооружений; оно определяется из условия устойчивости грунтов. Расчетное давление R определяется как из условий устойчивости грунтов, так и из условий прочности и устойчивости зданий и сооружений.
Если среднее давление по подошве не превышает нормативного, то грунты находятся в устойчивом состоянии и деформации оснований постепенно затухают. При этих же условиях к грунтам применима теория линейно-деформируемых тел для определения напряжений.
Осадки фундаментов при расчетных давлениях могут превысить предельные значения, поэтому фундаменты, размеры которых подобраны по расчетному давлению, иногда требуют дополнительных расчетов по предельным деформациям.
Расчетное давление определяется по формуле (V.2-), в основу которой положена иная транскрипция формулы (1.1) с введением дополнительных коэффициентов, учитывающих особенности взаимной работы основания и сооружения:
т, т2	,	,
+ ЯцМпср-Ь D cn—gynh0), (V.2) "н
где Ац, Ви, Du — безразмерные коэффициенты (табл. V.2):
Таблица V.2. Значения коэффициентов Дц, Ви, и Du в формуле (V.2)
ФП- град	ЛП	вп		град	ЛП	ВП	Dil
0	0	1	ЗД4	24	0,72	3,87	6,45
2	0,03	1,12	3,32.	26	0,84	4,37	0,9
4	0,06	1,25	3.51	28	0,98	4,93	7,4
6	0,1	1,39	3,71	30	1,15	5,59	'7,95
8	0,14	1,55	3,93	32	1,34	6,35	8,55
10	0,18	1,73	4,1,7	34	1,55	7,21	9,2.1
12	0,23	1„94	4.42	36	1,81	8,25	9,98
14	0,29	2,17	4,69	38	2,11	9,44	10»8
16	0,36	2,43	.5	40	2,46	10,84	11,73
18	0,43	2,72	5,31	42	2,87	12,5	1(2,77
20	0,51	3,06	5,66	44	3,37	14,48	1.3,96
22	0,61	3,44	6,04	45	3,66	15,64	14,64
82
я
Л„ = 0,25------------------------
11	л
ctg Фц~ "у + фц
л
Вц = И—--------------
с^Фп —"У+ Фп
(V.3)
________л_________
с^Фц-у'+ч’11)‘бФп
b — ширина подошвы прямоугольного пли диаметр круглого фундамента, м; h — глубина заложения фундамента от уровня планировки срезкой или подсыпкой до подошвы, м; Тц ср — средняя расчетная объемная масса грунтов, залегающих выше подошвы, т/м3; в песчаных грунтах при уровне грунтовых вод выше подошвы фундамента объемная масса грунта уц ср должна вычисляться с учетом взвешивающего действия воды:
, Y1I 1 + Уц 2й2 + • • •+Уцп^п
Yncp=	hl + h2+... + hn :
си — расчетное значение удельного сцепления грунта несущего слоя, МПа; Yii — расчетная объемная масса грунта несущего слоя, т/м3; hu — расстояние от уровня планировки до приведенной отметки пола в подвале, м; — hn; при' отсутствии подвала Ло=0; Л„ — глубина заложения фундамента от приведенной отметки пола в подвале, м (рис. V.6);
hn — Й1 + й2
Ycp.n _ , •
Y.-i
(здесь «1 — толщина слоя грунта между подошвой фундамента и низом конструкции пола в подвале, м; аг — толщина конструкции пола в подвале, м; уср.п—среднее расчетное значение объемной массы конструкции пола в подвале, т/м3); mi и т2 — коэффициенты условий работы соответственно грунтов основания и здания пли сооружения во взаимодействии с грунтами оснований (табл. V.3); ka — коэффициент надежности, принимаемый равным 1, когда расчетные характеристики грунтов
Отметка подсыпки
____дп=
^Отм. срезки
Подвал
h,;Xni ^2'^2
Рис. V.6. Схема к определению расчетного давления по формуле (V.3)
h. — при планировке подсыпкой; Л2 — при планировке срезкой
определялись по результатам не-
посредственных испытаний грунтов строительной площадки, и равным 1,1 —по. косвенным данным или табличным значениям.
При глубине заложения фундамента от 0,5 до 1 м в формуле (V.2) принимают h=\ м. Для оснований, сложенных водонасыщенными пылеватыми песками и глинистыми грунтами
83
Т а б л и ца V.3. Значения коэффициентов mi и /Пг
Вид грунтов	Коэффициент условия работы грунтов ГГЦ	Коэффициент т> для зданий и сооружений с жесткой конструктивной схемой при отношении их длины (или отдельного отсека) к высоте ЫН, равном	
		4 и более	1,5 и менее
Крупнообломочные с песчаным заполнителем и песчаные, кроме мелких и пылеватых	1.4	1.2	1,4
Пески мелкие: сухие и маловлажные насыщенные водой	1.3 1,2	1.1 1.1	1,3 1.3
Пески пылеватые: сухие и маловлажные насыщенные водой	1,2 1,1	1 1	1,2 1,2
Крупнообломочные с глинистым заполнителем и глинистые с консистенцией /ь^|0,5	1,2	1	1,1
То же. с консистенцией /г. >0.5	1.1	1	I
Примечания: 4. Жесткими считаются здания и сооружения, конструкции которых приспособлены к восприятию дополнительных усилий от деформаций основания.
2. В зданиях с гибкой конструктивной схемой принимают коэффициент m2—I.
3. При промежуточных значениях отношения длины здания или сооружения к высоте коэффициент гп2 определяется интерполяцией.
с консистенцией Л.^0,5, принимается фактическая глубина заложения фундамента.
При ширине подвала более 20 м глубина заложения принимается от уровня пола подвала h—hn.
Для зданий и сооружений III и IV класса, а также в предварительных расчетах можно назначать расчетные давления по физическим характеристикам грунтов в природном состоянии (СНиП II-I5-74).
При одновременном действии вертикальных и горизонтальных сил за расчетное давление R можно принять часть предельного давления рПред с понижающим коэффициентом т= =0,34-0,6:
/? == tn рПр;д .	(V.4)
Иногда расчетное давление устанавливают по аналогии с принятым для таких же существующих зданий и сооружений, расположенных рядом в одинаковых грунтовых условиях.
84
Пример V.1. Определить расчетные давления на основании трех фундаментов крупнопанельного здания, заложенного на мягкопластичном суглинке с консистенцией /г=0,55. Прочностные характеристики суглинка вычислены статистической обработкой девяти испытаний в лаборатории на прямой срез образцов, отобранных на строительной площадке; <рц=14о20', с=29 кПа. Расчетная величина объемной массы суглинка уц= 1,9 т/м8. Выше подошвы фундамента залегает насыпной грунт объемной массой =1,8 т/м8.
1.	Фундамент под наружную стену секции здания без подвала (hn= = 0); ширина фундамента ib=3 м и глубина заложения h = 1,6 м от спланированной отметки (срезкой).
Решение. По табл. V.2 находим интерполяцией между углами <р=14° и <р=16° с округлением до сотой безразмерные коэффициенты -4ц=0,3; Ви= = 2,21; £>п=4,74, а по табл. V.3 для + >0,5 — коэффициент условий работы грунта mi = l,l и коэффициент условий работы здания с гибкой конструктивной схемой «22=1- Показатели грунтов получены по результатам испытаний образцов, отобранных на строительной площадке, поэтому feB=l.
Для приведенных условий расчетное давление по формуле (V.2):
Я = -^уЦо,3-3-10-1,9 + 2,21-1,6-10-1,8 + 4,74-29) = 223,2 кПа.
2.	Фундамент под наружную стену секции здания с подвалом; ширина фундамента 6=3 м и глубина заложения h =2,4 м от спланированной подсыпкой отметки (см. рис. V.6). Высота подсыпки 0,2 м, объемная масса ее уп = 1,8 т/м3. Пол в подвале бетонный с цементной стяжкой, а2=0,1 м и Ycp.n = 2,2 т/м3. Расстояние от низа конструкции пола подвала до подошвы' фундамента а-, =0,5 м.
Решение. Приведенная глубина заложенпя фундамента со стороны подвального помещения
22
/гп = 0,5 + 0,1 — = 0,62 м.
Расстояние между отметками спланированной земли и приведенным уровнем пела в подвале /го=2,4—0,62=1,78.
Для принятых условий при тех же коэффициентах, что и в первом случае, расчетное давление составит:
/? =	(0,3-3 10-1,9+2,21-2,4-10-1,8+4,74-29—10 1,8-17,8)=240 кПа.
3.	Фундамент внутренней колонны в подвале; подошва фундамента 2.2X2,2 м, глубина заложенпя 1 м от отметки пола подвала.
Решение. Глубину заложенпя фундамента принимаем от приведенной отметки пола подвала /г = /гп. Пригрузка здесь будет от конструкции пола и лежащего под ним слоя грунта, поэтому
22
h = hn = 0,9 + 0,1 — =1,02 м.
Расчетное давление при тех же коэффициентах, что и в предыдущих случаях, составит
/? = —’— (0,3-2,2-10 1,9 + 2,21 1,02 10-1,8 + 4,74-29) = 190 кПа.
85
§ 26. Определение формы и размеров подошвы фундаментов
Форма подошвы фундамента во многом определяется конфигурацией в плане возводимой надземной конструкции. Она может быть круглой, кольцевой, многоугольной (под дымовые трубы, водонапорные и силосные башни), квадратной, прямоугольной, ленточной (под колонны, столбы, стены), тавровой, крестообразной (под стены с пилястрами, отдельные опоры), а в стесненных условиях и более сложного очертания. В сборных фундаментах ее определяет и форма составных элементов и блоков.
Размеры подошвы фундаментов подбираются по формулам сопротивления материалов для центрального и внецентренного сжатия от действия расчетных нагрузок и уточняются расчетами по деформациям, а при необходимости и по устойчивости. При проектировании следует стремиться к тому, чтобы давление по подошве фундамента наиболее равномерно распределялось по всей площади.
Для расчета момента вертикальные и горизонтальные силы, действующие на фундамент, переносят в плоскость его подошвы, а иногда моменты заменяют вертикальными силами, приложенными с эксцентриситетом (рис. V.7).
Рпс. V.7. Схема действия сил [к формулам (V.5) и (V.6)]
Давление в любой точке подошвы определяют по формуле JV + Q Мху Мух
Рх,у^—р-±—цГ±~~ПГ'	(V-5)
а максимальные и минимальные формуле
давления на ее
гранях — по
W + Q
Рмакс — мии
(V.6)
Мх Му ±----± ——
F Wx Wy
где N — расчетная нагрузка, действующая на фундамент; Q — нагрузка от фундамента и грунта на его обрезах (расчетное значение); F— площадь подошвы фундамента; Мх и Му — моменты относительно главных осей подошвы фундамента от принятых расчетных нагрузок: Л4Ж= (W-|-Q)ev; Afvi= = (7V-|-iQ)Cx; lx и /v; ~WX и — соответственно моменты инерции и моменты сопротивления сечения подошвы фундамента относительно тех же осей; х и у — координаты рассматриваемой точки подошвы.
86
Давление по подошве фундамента, вычисленное по формулам (V.5) и (V.6), не должно превышать расчетного давления, полученного по формуле (V.2). Таким образом, размеры фундамента приходится подбирать последовательными расчетами, удовлетворяя поставленное условие. Для некоторых расчетных схем предложены различные приемы, графики и таблицы, упрощающие эти расчеты.
Фундаменты могут иметь симметричную конструкцию относительно центральной оси, которая проходит через центр тяжести подошвы и часто совпадает с осью надземной конструкции, и несимметричную конструкцию с несимметричным уширением уступов и с осью, не совпадающей с центром тяжести подошвы.
Рис. V.8. Эпюры контактных давлений для различных случаев нагружения фундамента а — равнодействующая вертикальных нагрузок приложена центрально; б — то же, находится в пределах ядра сечения подошвы; в — то же, совпадает с контуром ядра сечения; г — то же, выходит из ядра сечения
Рис. V.9. Эпюра реактивных давлений к формуле (V.8)
Размеры подошвы симметричных фундаментов определяют в зависимости от положения равнодействующей нагрузок относительно оси фундамента. Если равнодействующая проходит через центральную ось, то эпюру давлений принимают прямоугольной (рис. V.8); если находится* в пределах ядра сечения подошвы фундамента (ее эксцентриситет е меньше радиуса ядра сечения г, т. е. 0<е<г), эпюру принимают трапецеидальной; если совпадает с контуром ядра сечения (е=г) — треугольной; если выходит из ядра сечения (е>г) — двузначной.
87
Среднее давление по подошве фундамента от центральной нагрузки должно быть меньше расчетного и определяется по формуле
N + Q
Рср = —-—(V.7)
Г
Площадь подошвы F, м2, при заданном расчетном давлении
R и при N-\-Q=tFR (рис. V.9) можно определить по формуле
F==R~hps^ ’	(V 8)
где /V — расчетная нагрузка на фундамент. кН; Q — нагрузка от фундамента и грунта, лежащего на его обрезах, кН; С=ГЛр£уф; FR — равнодействующая Р реактивного давления грунта, кН; h — глубина заложения фундамента от спланированной отметки, м; уф— объемная масса материала фундамента, т/м3; ₽ — коэффициент, учитывающий меньшую объемную массу грунта, лежащего на обрезах (в пределах ABCD), по сравнению с материалом фундамента; а зависимости от материала, конструкции фундамента и соотношения его объема с объемом грунта р=0,54-1, .в предварительных расчетах можно принять ₽уФ=2 т/м3.
Для ленточных фундаментов нагрузки определяют на 1 м длины, отсюда ширина его будет b=F : 1. У фундаментов с прямоугольной подошвой задаются отношением сторон b — nl, тогда ширина подошвы Ь=уТ/п, для фундаментов с круглой подошвой 0 = 2 У F/n .
Размеры подошвы фундамента при неизвестном расчетном давлении можно определить графическим способом, предложенным Н. В. Лалетиным. Формулу (V.7) можно записать в виде зависимости pCp=/i(b). которая в общем случае является уравнением гиперболы:
N
Рср= “7, +§УфРЛ.	(V.7a)
Г
Формула (V.2) является уравнением прямой/? = f2(b) 
Если построить графики по этим формулам, то пересечение полученных кривой и прямой даст искомое значение Ь, соответствующее расчетному давлению (рис. V.10).
Рис. V.10. Графический способ определения ширины подошвы фундамента
/ — линия R=fs(b); 2 —линия
Прямая по формуле (V.2) строится по двум значениям: Ь — 0 и любому другому значению й; гипербола — по нескольким значениям b или F.
Для ленточного фундамента (F—b-l = b) и для квадрат
88
ного {F-Ь2) ширина их подошв определяется непосредственно из графика. Для фундамента с прямоугольной подошвой предварительно задаются отношением сторон п—1: Ь. Для круглых и многоугольных фундаментов в формуле (V.2) принимают b=$F.
Размеры подошвы симметричного внецентренно нагруженного фундамента в общем случае подбирают с помощью формул (V.5) и (V.6). Нагрузку от фундамента в предварительных расчетах принимают равной Q=Fhfigy$ и приложенной по оси симметрии.
Максимальное давление на гранях внецентренно нагруженных фундаментов /?гр по нормам может превышать расчетную величну, определенную по формуле (V.2): по осям фундамента Рмакс^^гр=-.1,2 R И В угловых ТОЧКЭХ рмакс^/?гр = = 1,5/?. Для минимальною давления ограничение не введено, но оно должно быть рмин>0. Для специальных сооружений в зависимости от их капитальности, размеров в плане, высоты и приложения центра тяжести нагрузки отдельными ведомствами установлены дополнительные требования. Например, в сооружениях башенного типа с высоко расположенным центром тяжести для уменьшения крена разница между краевыми напряжениями должна быть минимальной, поэтому рекомендуется Rr^—R-
От действия постоянных и длительных временных нагрузок давление по подошве должно распределяться наиболее равномерно. ЭТО ДОСТИГаеТСЯ при УСЛОВИИ рСр^/? И рмин/рмакс^2/3. От действия кратковременных нагрузок допускаются большая величина отношения рмин/рмакс и треугольная эпюра давлений.
Размеры подошвы внецентренно нагруженного фундамента предварительно подбирают, приняв, что действует центрально приложенная нагрузка, затем уточняют размер расчетом на внецентренную нагрузку. Если наибольшее давление у края фундамента не будет превышать /?гр^ 1,2/?, то при эксцентриситетах у прямоугольных фундаментов е^0,033& и у круглых 0,025 d это условие будет соблюдено и достаточно ограничиться одним расчетом.
Определение размеров подошвы ‘ фундаментов упрощается, когда моменты действуют в одной плоскости. В этом случае формула (V.6) запишется в следующем виде:
, „ N	Ne
Рмакс = h ₽£Уф+ -- ±	.	(V.9)
МНИ	г	w
Подставляя вместо F и W их значения и обозначая /?'= =/?—формулу (V.9) можно записать в виде уравнения, решение которого позволяет найти размеры подошвы.
* R’ — часть расчетного давления, которая приходится на нагрузку от надземной части сооружения.
89
Так, для фундамента с прямоугольной подошвой при n=llb и Aa=NIR'n уравнение запишется в виде
Ь3 — АПЬ — 6Лпе = 0 .	(V.10)
У ленточного фундамента рассчитывается полоса длиной /=1 м, поэтому кубическое уравнение превращается в квадратное:
R'b2 — Nb — 6Лпе = 0 .
Решая это уравнение, получим
Ь =
N 2R'
24 R' е
(V.11)
N
Для прямоугольного фундамента, когда известна длина подошвы I, ее ширину можно определить по формуле
Ь =
N
2 R' I
24 R' е I
1 + N
(V.12)
Для фундамента с круглой подошвой, если ввести обозначение Ao = 4N/nR', кубическое уравнение запишется в виде
D3 — AOD — 8Лое = 0 ,	(V.13)
а для фундамента с кольцевой подошвой, если обозначить
У
Ак==~лЪ—W ’ — в следУющем виде:
Ь3 —ДКЬ2 + (£>2р —4Лке) Ь-ЛкРср (Гср + 4е) ,	(V.14)
где DCp — средний диаметр кольца; b — ширина кольца.
Если полученные в результате решения кубических уравнений размеры подошвы фундамента окажутся меньше или много больше сечения надземной конструкции, следует изменить глубину заложения (принять другой рабочий слой), выбрать другой тип фундамента или основания (например, если диаметр круглой подошвы будет меньше диаметра конструкции, следует принять кольцевой фундамент).
Кубические уравнения решаются графически или подбором. Для решения подбором размеры подошвы можно определить предварительно от действия только одних центральных нагрузок, а затем, изменяя их, удовлетворить поставленные расчетом требования.
Размеры подошвы внецентренно нагруженных симметричных прямоугольных фундаментов можно подобрать по формулам, приведенным -в табл. V.4, задавшись отношением сторон, очертанием и краевыми значениями эпюры давлений.
90
Таблица V.4. Формулы для определения размеров подошвы прямоугольных внецентренно нагруженных фундаментов
Эпюра давлений под подошвой фундамента
Формулы для определения b и I
паке
\РоЦ\0^МиН^8И
ъ'
Ь=е0(2+У 1,055 г] —2,5 )> где
__________/V________
Т‘ (1,2/? — g Уф₽Л) пе2 ’
Po=0,6R
р ЧМ макс.
Гмин'®
Ь = 6
gy^h\ 0,6 R )’
Ь
6(0,6/? —gy$ ₽ h)
b = 5е0
0,6 /?а—gYj) fl 6
Ra (1,5—а)
__________/V
Ь (0,6 7? —g уф₽ Л)
Уменьшить влияние внецентренной нагрузки и выравнить давление по подошве можно за счет устройства несимметричного фундамента, развивая его в плоскости действия момента и приближая центр тяжести подошвы к линии действия равнодействующей вертикальных нагрузок.
Двузначная эпюра допускается как исключение для фундаментов в стесненных условиях, когда нельзя их развить в нужном направлении, и для фундаментов, нагруженных знакопеременными моментами, когда нельзя подобрать размеры и форму подошвы, по которой действовали бы только сжимающие напряжения. Вообще двузначную эпюру следует рассматривать только формально, так как на контакте подошвы фундамента и грунта не могут возникать растягивающие усилия (происходит отрыв фундамента). При подборе размеров подошвы учитывается только часть ее площади, по которой передается сжимающее усилие (рис. V.11). В результате давление по краю фундамента будет больше рмайс и равно рмакс-
Для прямоугольной подошвы фундамента это давление определяют в предположении, что равнодействующая эпюры давлений лежит на одной вертикали с равнодействующей внешних сил и равна ей:
91
Рмакс t>'	b
l = N + Q, где b' = 3 I — — е
2 W -1- Q 4 N + Q отсюда Рмакс— з ь \ — 3 I (Ь— 2 е) ' ' (т—
(V.15)
жения, должен быть более
Рис. V.11. Определение размеров подошвы фундамента при двузначной эпюре
Участок эпюры Ь', на котором действуют сжимающие напря-3/4 Ь.
Размеры подошвы несимметричных фундаментов подбираются по формулам (V.5) и (V.6) для внецентренно нагруженных фундаментов последовательным приближением. Вначале размеры и габариты их назначают конструктивно применительно к надземным сооружениям.
Эти фундаменты бывают простой и сложной геометрической формы, например П-, Г-, Н-образной, крестообразной и других очертаний. Фундаменты сложной формы применяют под отдельные столбы, совмещенные колонны, кирпичные стены с пилястрами, при больших эксцентриситетах, в стесненных условиях.
Несимметричные фундаменты нужно запроектировать так, чтобы равнодействующая всех сил совпадала с центром тяжести подошвы или с минимальным экс
центриситетом. В предварительных расчетах нагрузку от фундамента и грунта на его обрезах можно принять равной Q—Fhfigyq. и приложенной в центре тяжести подошвы. Если равнодействующая от внешних нагрузок и фундаментов проходит через центр тяжести его подошвы, то размеры можно подбирать по формулам для центрально нагруженных фундаментов; если она приложена с эксцентриситетом, — то по формулам для внецентренно нагруженных симметричных фундаментов. В этом случае для более равномерной передачи давления на грунт подошву фундамента следует развивать в сторону приложения нагрузки.
Центры тяжести и моменты инерции симметричных Т- и П-образных сечений можно определить по графикам (рис.
92
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 fg У 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 /g
Рис. V.12. Графики для определения центра тяжести (а) и момента инерции таврового и П-образнпго сечений (б) ъ = Шп; и0 = ОЬ-, /Ж = 1МПЬ’
93
В зависимости от положения равнодействующей по отношению к центру тяжести сечения формула (V.5) видоизменяется.
Для случая, если равнодействующая находится в пределах участка уй-.
N + Q . Му0 Рмакс — р +	;
Af-pQ М (b — y0) Рмин - р ~
(V.16)
Для участка
случая, если равнодействующая находится в пределах (Ь-уо):
_ N + Q М (Ь-у0)
Рмакс —	,,	+	,	•
Г	‘х
N + Q Муй
Рмин — р ~ 1х '
(V.16a)
Размеры фундаментов, нагруженных вертикальными и горизонтальными нагрузками, вначале подбираются только от действия вертикальных сил и моментов, приложенных по подошве, по формулам (V.5) и (V.6) или по формулам для соответствующих расчетных схем. Затем фундаменты или все сооружение с фундаментами полученных размеров проверяются при невыгодном сочетании нагрузок на удовлетворение требований первой группы предельных состояний — на устойчивость против опрокидывания, плоского и глубинного сдвига (см. гл. XII) и второй группы — по деформациям (см. гл. XI).
Проверка на опрокидывание производится для отдельно стоящих сооружений с высоко расположенным центром тяжести, а также сооружений в виде подпорных стен. На плоский сдвиг обычно проверяются подпорные стены и аналогичные им конструкции. Следует учесть, что такой сдвиг в большинстве случаев возникает при возведении сооружений на весьма прочных грунтах, а обычно происходит глубинный сдвиг-— перемещение сооружения с частью грунта основания.
§ 27. Проверка прочности подстилающего слоя
При наличии в пределах сжимаемой толщи основания слабых грунтов или грунтов с расчетным давлением, меньшим, чем давление на несущий слой, необходимо проверить их прочность и уточнить возможность применения при расчете основания формул теории линейно-деформируемых тел. Полное давление на кровлю подстилающего слоя (рис. V.13) не должно превышать расчетного значения
Рпр (M-z) + az Рос = *(„+г).	(V. 17)
где pnp(h+z) — природное давление на кровлю слабого слоя; рос—дополнительное давление по подошве фундамента; az — коэффициент рассеивания напряжений.
94
Расчетное давление -R(h+z} определяется по формуле (V.2) в предположении, что на слабый грунт опирается передающий равномерно распределенное давление условный фундамент с глубиной заложения	и условной площадью Гусл=
(где Л'+Q — расчетная нагрузка на подошву проектная Рос
руемого фундамента).
Рис. V.13. Расчетная схема к проверке Рис. V.14. Определение площа-прочности слабого подстилающего слоя ди условного фундамента
Форма подошвы условного фундамента принимается одинаковой с проектируемым фундаментом. Поэтому определение размеров подошвы ленточного, квадратного и круглого фундамента не вызывает затруднения. Длина Лусл и ширина tfycn прямоугольной подошвы условного фундамента находятся в предположении, что они на одинаковую величину 2с больше размеров проектируемого фундамента (рис. V.14). Тогда ширина условного фундамента будет
^усл = 1 А2 Т Рус Л А» где
Д= (/ —fc)/2;
здесь I и Ь — длина и ширина проектируемого фундамента.
Пример V.2. Определить оснрвные размеры ленточного сборного фундамента наружной стены шестиэтажного жилого дома, рассмотренного в примере IV. 1 (см. рис. IV.6), возводимого в Москве на строительной площадке № 1 (см. рис. III.5) около скважины № 1. Здание имеет подвал, пол которого на 1,3 м ниже уровня земли. Пол бетонный с цементной стяжкой, общая толщина конструкции пола 0,1 м. Планировочная отметка совпадает с природным рельефом.
Решение. Расчетные вертикальные нагрузки на 1 м наружной стены: постоянная Vn=244 кН/м, временная NB=18,4 кН/м. Обе нагрузки, по указаниям норм проектирования каменных конструкций, считаем приложенными в центре тяжести подошвы фундамента.
95
Горизонтальную силу от давления грунта на стену подвала в расчете не учитываем, она воспринимается конструкциями перекрытии и полом подвала.
Выбираем глубину заложения фундамента. По конструктивным условиям фундамент должен быть заложен на 0,2—0,5 м ниже пола в подвале. При толщине фундаментной подушки 0,3 м глубина заложения 1,3+0,3= = 1,6 м (см. рис. V.13). Других конструктивных требований к фундаменту не предъявляется.
По геологическим условиям фундамент можно заложить на глубину 1,6 м. Рабочим слоем будет песок средней крупности, средней плотности, но с менее прочным подстилающим слоем (пылеватый песок средней плотности), что надо учесть при проектировании. Глубина промерзания для песков средней крупности нс учитывается.
Глубину заложения фундамента принимаем равной 1,6 м. Ширину подошвы фундамента определяем графически. Для грунтов, характеризуемых (см табл. Ш.З) <рп=26°30', -с=4 кПа и объемной массой уп=,1,91 т/м3, линейной интерполяцией между значениями <р = 26° и <р=28° (табл. V.2) находим коэффициенты Ац=0.88; Вц=4,51; Рц=7,12.
Коэффициенты условий работы оснований для песка средней крупности по табл. V.3 принимаем т\= 1,4 и условий работы жесткого здания — щ2=1-
Принимаем коэффициент надежности Ля=1, так как характеристики получены по данным испытания грунтов.
Осредненное значение объемной массы грунтов, залегающих выше подошвы фундамента, будет
0,2-1,8+1,4-1,91
Yu =-------~я----------— = 1,9 т/м3.
0,2+ 1,4
Приведенная глубина заложения фундамента от уровня пола подвала
22
Лп = 0,2 + 0,1 — = 0,32 м.
Глубина до пола в подвале
й0 = й —Лп= 1,3 — 0,32 = 0,98 м.
Первый график R=f(b) по формуле (V.2) строим по двум точкам: при 6=0
1,4-1
7? = —^---- (4,51-1,6-10 1,9 + 7,12-4 — 0,98-10-1,9) =207 кПа;
при Ь=2
1,4-1
/?= -^-(0,88-2-10-1,91+4,51-1,6-10-1,9+7,12-4—0,98-10-1,9)=254 кПа.
Подставляя в формулу (V.7a) несколько значений b и постоянное значение величины gycph= 10-2-1,6=32 кН, находим соответствующие значения р для второго графика:
для 6=1 м..................................р = —-— + 32 = 294 кПа;
262 »	6 = 1,5 м............................р =------ +32 = 207 »
1,5
262
»	6 = 2 м..............................р = -у- +32= 163	»
262 »	6 = 2,5 м............................р = — - + 32 = 137 >
’	Л ,D
96
Полученные данные наносим на график (см. рис. V.10), точка' пересечения двух кривых дает величину Ь«1,32 м. Принимаем ширину 1,4 м, которая соответствует размеру фундаментной подушки из железобетонных плит Ф14.
Расчетное давление для принятой ширины подошвы фундамента по формуле (V.2):
1,4-1
Я = ———(0,88-1,4-10-1,91 +4,51-1,6-10-1,9 + 7,12-4 — 0,98-10 1,9) =
= 239 кПа.
Проверяем фактическое давление фундамента на основание.
Нагрузка от 1 м фундамента и грунта на его обрезах, кН:
от подушки при ее массе 2,18 т................... 10-2,18:2,38=
=9,2
от блоков стены при массе одного блока 1,96 т	10-1,96:2,38=
= 16,5
от кирпичной стены........................  .	0,1-0,64-1 • ЮХ
XI,8=И 6,5
от грунта (711 = 1,8 т/м3) с одной стороны
обреза фундамента ................ 0,4  1,3 • 1 • 10Х
XL8=9,4
Всего.............36
244 + 18,4 + 36
рср =---------------= 213 кПа < 239 кПа.
1-1,4
Проверяем прочность подстилающего слоя, залегающего на глубине 2,2 м, т. е. на 0,6 м ниже подошвы фундамента.
Определяем по формуле (1.6а) природное давление на глубине заложения фундамента (объемная масса насыпного грунта уп = 1,8 т/м’);
рпр = 2-10-1,8+ 1,4-10-1,91 =30 кПа.
Природное давление на кровлю второго слоя пылеватого песка
РПр(Л+г) =0,2-10-1,8+2-10-1,91 =42 кПа.
Дополнительное давление под подошвой фундамента
Рее = Рср — Рпр = 213 — 30 = 183 кПа.
Дополнительное давление на кровлю подстилающего слоя иа глубине 2=2,2—1,6=0,6 1м определяем по табл. 1 приложения. Для
2-0,6
т = —-	=0,86 и п > 10
1,4
а=0,85 (находим для ленточного фундамента интерполяцией между /п=0,8— —а=0,88 и т=1,2—а = 0,76), отсюда pz =0,85-183=1156 кПа.
Полное давление на кровлю подстилающего слоя от природного и дополнительного давления будет
Русл = 42 + 156 = 198 кПа, а ширина условного ленточного фундамента
Давление на подстилающий слой находим по формуле (V.2). Его прочностные характеристики (табл. Ш.З): <рц=22°; сц!=4 кПа. По табл. V.2 находим для <р=22° коэффициенты Лц=0,61; Вп=3,44; £>п=6,04.
Для пылеватого песка, насыщенного водой, находим по табл. V.3 значение mi=l,l, т2= 1 и принимаем feH=l.
4 Зак. 274
97
Осредиенное значение объемной массы грунтов, залегающих выше подстилающего слоя:
,	0,2-184-2,519,1
Yn =------п' о , о к----=’.9 т/м’.
0,24-2,5
Приведенная глубина заложения фундамента от уровня пола в подвале-до подстилающего слоя
22
йп = 0,2 4-0,6 4-0,1	= 0,92 м.
Глубина от уровня земли до пола подвала
Ло = 1,9 — 0,92 = 0,98 м.
Для принятых условий величина расчетного давления
1,1-1
7? = ~L—(0,61-1,77-10-1,914-3,44-2,2-10-1,94-6,04-4 —0,98-10-1,9) =
=200 кПа.
Расчетные и фактические давления практически совпадают. Из условия прочности несущего и подстилающего слоя оставляем принятую ширину ленточного фундамента: 6=1,4 м
Пример V.3. Подобрать ширину ленточного каменного фундамента, заложенного на глубине 2 м от поверхности и нагруженного вертикальной нагрузкой Д=600 кН на 1 м с эксцентриситетом е=0,1 м. Расчетное давление на рабочий слой основания R=250 кПа. Максимальное давление по грани фунда-МеНТЗ Рмакс должно быть ие более 1,2 R, т. е. не более 300 кПа.
Решение. Размеры фундамента определяем по формуле (V.11). Предварительно задаемся величиной ,руф=2 т/м3 и вычисляем вспомогательную величину
/?' = 1,2-250 — 2-10-2 = 260 кПа.
Ширина подошвы
600 (	, /	24-0, Г-260 \
Ь =------ 14-1/ 14-’-------Г------	=2,8м.
2-260 \ Г	600	;
Определим среднее давление по формуле (V.7a) и максимальное по грани фундамента по формуле (V.9):
600 рср = 2-10-2 4-----= 254 кПа;
р	1-2,8
600	600-0,1-6
Рмакс = 2- Ю-2 +	~ 1 о R2~~ =300 кПа.
1 * Z, о	1 • Z , о
Полученное значение совпадает с расчетным, поэтому ширину подошвы фундамента принимаем 2,8 м.
Пример V.4. Подобрать размеры подошвы фундамента железобетонной водонапорной башни со стволом диаметром D—6 м. На фундамент действуют вертикальные расчетные нагрузки: постоянная /Vn=4000 кН, временная Ав = =3200 кН и момент по подошве AfB = 1440 кН-м. Глубина заложения подошвы Лф=3 м. Расчетное давление иа рабочий слой основания R—180 кПа.
Решение. Фундамент башни принимаем в виде круглой железобетонной плиты (рис. V.15). Для сооружений с высоко расположенным центром тяжести принимаем /?гр=7?=180 кПа.
Внутри башни плита фундамента имеет небольшую толщину (см. рис. V.15), поэтому -принимаем величину Руф = 1 т/м’. Тогда R'—180—10-1Х ХЗ=150 кПа. Момент заменяем вертикальной нагрузкой, приложенной с эксцентриситетом eCi= 144 : 720=0,2 м.
98
Диаметр подошвы определим из уравнения (V.13), записав его в виде
D3 — Ад D — Ад во = У •
Найдем £>, при котором у— 0.
В уравнении величина
4-7200
Ао =--------- =61,2.
0	3,14-150
Уравнение решаем графически. Для этого по оси абсцисс (рис. V.16) откладываем различные значения D, а по осп ординат — соответствующие значения у. Место пересечения кривой, соединяющей полученные точки, с осью абсцисс и даст искомый диаметр.
Рис. V.15. Фактическая и расчетная схема фундаментов к приме-
ру V.4
Рис. V.16. Графическое решение уравнения V.13
= 592,7 —61,2-8,4 — 8-61,2-0,2 = — 19,3;
й = 614,1 — 61,2-8,5 — 8 -61,2-0,2 = — 3,9;
Для уменьшения количества вспомогательных расчетов при решении уравнения определим сначала диаметр подошвы только от вертикальных нагрузок: F=7200/150=48 м2, что соответствует D=7,9 м. При совместном действии момента и вертикальной силы диаметр подошвы будет больше, поэтому задаемся следующими величинами диаметра:
£>1 = 8 м; у, =512 — 61,2-8 — 8-61,2-0,2 = — 75,6;
Dz = 8,4 м;
Dg = 8,5 м;
£>4 = 8,6 м; ^4 = 636,1 -61,2-8,6 —8-61,2-0,2 = + 12,1.
Точки, нанесенные на графике, соединяем кривой. Точка пересечения кривой с осью абсцисс дает значение £>=8,51 м.
Принимаем £>=8,5 м; Л=56,8 м2; 1Г=59,6 м®.
Проверим давления по краям подошвы башни. Давления от действия постоянной, временной нагрузок и момента составят по формуле (V.9):
7200 1440	„
Рмакс—о + сп а —	кПа1
00,0	09,0
„ „	7200	1440	.
Рмии—3-10-1 + __ _ — __ „ — 133 кПа.
56,8 59,6
Давления от действия постоянной нагрузки и момента:
„ ,Л . 4000	1440	„
Рмакс—3-10-1 +	о “Ь ко с — 12^ кПа»
00,0	09,0
„ .	4000 1440
Рмив“3-10-1 +	—76 кПа.
оо,о о9,о
4* Зак. 274
99
Максимальное напряжение от действующих нагрузок превышает расчетное на 1 кПа (~5%), что допустимо.
Конструкцию самого фундамента необходимо запроектировать как плиту на сжимаемом основании.
Пример V.5. Подобрать размеры прямоугольной подошвы башмака железобетонной колонны. Нагрузка от колонны М=1750 кН приложена с эксцентриситетом ео=0,4 м. Глубина заложения фундамента 6$= 1,5 м, отношение сторон подошвы п=0,75. Расчетное давление на рабочий слой основания R— = 220 кПа. Размеры подобрать для условий рыакс=/?гр = 1,2 /?; рМИн^0.
Решение. Размеры подошвы фундамента подбираем по формулам табл. V.4. Среднее значение объемной массы материала фундамента и грунта на обрезах принимаем ,0уф = 2,2 т/м8.
Вычисляем вспомогательную величину:
1750
Т) =------------------------------= 63,1.
1	(1,2-220—10-2,2-1,5)0,75-0,42
Большая сторона подойшы
b = 0,4 (2 + V 1,055-63,1 —2,5 ) = 4 м; меньшая сторона 6 = 0,75-4=3 м.
Проверим давление под подошвой фундамента по формуле (V.9), которую запишем в виде
N + Q(. . 6е\
Рмакс — ,, I * -1- . I • мин	г \ О /
Нагрузка от фундамента Q = 10-2,2-1,5-3-4=396 кН. Полная нагрузка на основание 7V-f-Q = 1750+396=2146 кН. Эксцентриситет е относительно середины иодошвы фундамента:
е = е0
N	1750
—— = 0,4—— = 0,33 м;
N + Q	2146
2146/,	6-0,33\
Рмакс — „ , (1 + .	I — 267 кПа;
3-4 \	4	)
2146/
Рмив —3-4 С
6-0,33
4 ,
= 80 кПа.
Полученные значения давлений практически равны заданным.
Пример V.6. Подобрать размеры подошвы фундамента под кирпичную стену с пилястрой (рис. V.17). Сосредоточенная расчетная нагрузка на уровне верхнего обреза фундамента составляет W=300 кН. Она приложена с эксцентриситетом es=0,2 м относительно основной оси. Глубина заложения фундамента /гф = 1,7 м; расчетное давление на грунт R —170 кПа; максимальное напряжение у края фундамента принято РГр=1,2 R.
Решение. Размеры подошвы фундамента сначала принимаем по конструктивным соображениям, уширяя его в сторону от гранен стены на 8—11 см. Нагрузка на подошву фундамента распространяется в каменной кладке от низа оконного проема по трапеции. В расчет включаем ширину полки таврового сечения фундамента, равную ширине простенка между оконными проемами, и удвоенное расстояние от оконного проема до подошвы (см. рис. V.17,6), умноженное на тангенс угла жесткости tg а=0,5:
2,5 + 2-0,5(0,8 4- 1,7) =5 м.
Для таврового сечення подошвы фундамента с помощью графиков (см.
100
рис. V.12) определим положение центра тяжести н момент инерции. Вычислим вспомогательные величины:
т) = 6п/Ь = 0,6/1,35 = 0,45 и » = ///п = 0,8/5 = 0,16;
по графикам находим 0=0,695 и ф=0,026.
Расстояние от низа таврового сечения до центра
0О = 6 6 =0,695-1,35 = 0,94 м.
Рис. V.17. Фрагмент фасада о, план фундамента б н расчетная схема в к примеру V.6
Момент инерции сечения /х= =i|:Z6’=0,026 • 5 -1,353=0,32 м4.
Площадь сечения /•'=5-0,6+ +0,75-0,8=3,6 м2.
Нагрузка от стены относительно центра тяжести площади подошвы приложена с эксцентриситетом е= = 0,09 м, нагрузка от фундамента= центрально и равна: Q=3,6-l,7-10X Х2 = 122,5 кН.
Равнодействующая всех нагрузок находится в пределах участка у0 (см. рис. V.12), поэтому для расчета используем формулу (V.16):
= 197 кПа < 1,2 -170 =
Рмако
300 + 122,5
3,6
300-0,09-0,94
0,32
= 204 кПа;
300+ 122,5	300-0,09 (1,35—0,94)
Рмин =------7-----—------------------------ — 83 кПа > 0.
3,6	0,32
Таким образом, давления под подошвой фундамента близки к заданным.
Глава VI. КОНСТРУИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТОВ
§ 28.	Каменные и бетонные фундаменты
Каменные и бетонные фундаменты устраиваются монолитными и проектируются как жесткие. Они бывают сплошными массивными под все сооружение; сплошными ленточными под стены зданий и аналогичные конструкции; одиночными под отдельные опоры, столбы, колонны; групповыми под несколько опор и колонн.
101
Фундаменты уширяются к подошве уступами, размеры которых определяются углом жесткости а (рис. VI.1), т. е. предельным углом наклона, при котором в теле фундамента скалывающие усилия равны расчетным значениям.
Рнс. VI. 1. Конструкции жесткого фундамента
а — минимальной ширины; б — обычной ширины; в — максимально уширенной подошва
Угол жёсткости и отношение между высотой и шириной уступов назначаются по табл. VI.1 и VI.2.
Таблица VI. 1. Величины углов жесткости и наименьшие значения отношений ширины уступа Ьу к высоте hy каменных фундаментов
Марка раствора	Давление на rpj нт р, МПа	Угол жесткости «	ЬуМу — tg «
50-100	<0,2 >0,25	38’30' 33’30'	0,8 0,67
10—3'5	<0,2 >0,25	33’30' 29°44'	0,67 0,57
4	<0,2 >0,25	29’44' 26’30'	0,57 0,5
Таблица VI.2. Величины углов жесткости и наименьшие значения отношений ширины уступа Ьу к высоте hy бетонных фундаментов
Марка бетона	Давление на грунт р, МПа	Ленточный фундамент		Отдельный фундамент	
		угол жесткости «	byffty =tg а	угол жесткости а	MAy =tB а
100 и более	<0,15 >0,15	36°30' 33’30'	0,74 0,67	33’30' 31’13'	0,67 0,61
Менее 100	<0,15 >0,15	33’30' 29’44'	0,67 0,57	31’13' 26’30'	0,61 0,5
102
Наименьшую высоту уступа принимают из условия обеспечения перевязки швов кладки: для постелистого камня 40 см (два ряда кладки), для рваного — 60 см (три ряда), для бетона 30 см.
Жесткие фундаменты минимальной, обычной и максимальной ширины приведены на рис. VI. 1. Предельная ширина и наименьшая конструктивная их высота определяются из выражений:
Ьпр == Ьо ~Ь 2 (ftnp — Л») tg <1;
^пр — t>o ht> = 2tga '
Наименьший объем фундамента можно получить при конструировании его в указанной ниже последовательности. На выбранной глубине заложения откладывают необходимую ширину фундамента. Далее в зависимости от материала фундамента определяют минимальную высоту уступов, затем применительно к требованиям (табл. VI.1 и VI.2) устанавливают ширину и число уступов (рис. VI.1,6).
Переход от одной отметки заложения подошвы фундамента к другой осуществляется уступами. Соотношение между высотой и длиной уступа в связных грунтах принимается 1:2, а в несвязных — 1:3. При этом высота уступа принимается 0,5—0,6 м.
При соблюдении перечисленных условий проверка прочности материала фундамента не требуется.
Пример VI.I. Сконструировать фундамент из каменной кладки иа растворе марки 25, основные размеры которого определены в примере V.3. Глубина заложения фундамента 2 м; ширина подошвы 2,8 м, среднее давление на грунт 0,25 МПа.
Решение. По табл. VI.1 для раствора марки 25 и рор=0,25 МПа находим: минимальное отношение &уЛу=0,57; наименьшая высота уступа из постелистого камня — 40 см; ширина 40 0,57=23 см.
Принимаем фундамент симметричным с четырьмя уступами с каждой стороны (рнс. VI.1, в). Размеры уступов принимаем йу=45 см; Ьу=25 см (отношение 25 : 45=0,56<0,57); высоту /го=2О см назначаем по конструктивным соображениям.
§ 29.	Железобетонные фундаменты
Железобетонные фундаменты проектируются как конструкции на сжимаемом основании с учетом совместной работы сооружения и грунтов основания. Сечения и арматура железобетонных фундаментов подбираются с соблюдением требований, предъявляемых к железобетонным конструкциям.
Монолитные железобетонные фундаменты проектируются отдельными в виде башмаков под одну или несколько колонн и групповыми — под несколько колонн в виде ленточного фундамента, перекрестного ленточного фундамента, сплош
103
ной фундаментной плиты, а также перевернутого ребристого, кессонного, безбалочного перекрытий и коробчатой формы. Высота гибких железобетонных фундаментов значительно меньше высоты жестких каменных и бетонных фундаментов.
§ 30.	Сборные фундаменты
Сборные фундаменты монтируются из отдельных элементов. Конструктивно они делятся на ленточные фундаменты (сплошные и прерывистые) под стены (рис. VI.2, а, б) и фундаменты под столбы и колонны (рис. VI.3 и VI.4).
Рис. VI.2. Ленточный сборный фундамент
а — сплошной; б — прерывистый; 1 — стена здания; 2 — гидроизоляция; 3 — блоки стены подвала (ФС); 4 — фундаментная подушка (Ф); Л к — вылет консоли
Рис. VI.3. Сборный фундамент под столбы и колонны жилых и гражданских зданий
1 — колонна; 2 — башмак; 3 — фундаментная плита
Рис. VI.4. Сборный фундамент под колонну промышленного здания / — фундаментная плита; 2 — бетонные столбики; 3 — фундаментная балка; 4 — башмак
104
Таблица VI.3. Блоки бетонные для стен подвалов (ГОСТ 13579—68)
Марка блока	Размеры блока, мм			Масса, т
	ь	1	Л	
ФСЗ	300	2380	580	0,98
ФСЗ-8	300	780	580	0,32
ФС4	400	2380	580	1,3
ФС4-8	400	780	580	0,42
ФС5	.500	2380	580	1,63
ФС5-8	500	780	580	0,52
ФС6	ООО	2380	580/	1,96
ФС6-8	600	780	580	0,62
ФСН-4	400	1180	280	0,32
ФСН-5	500	1180	2180	0,4
ФСН-6	600	1180	280	0,49
Сплошной блок
Блок с пустотами
105
Ленточные фундаменты состоят из бетонных блоков стен подвалов и железобетонных фундаментных плит. Формы, размеры и марки блоков должны отвечать требованиям ГОСТ 13579—68 (табл. VI.3), а фундаментных плит—ГОСТ 13580—68 (табл. VI.4).
Таблица VI.4. Плиты железобетонные для ленточных фундаментов (ГОСТ 13580—68)
Марка плиты		Размеры плиты, мм				Расчетный изгибающий момент, кН-м, на плиту		Масса плита,
		Ъ	1	h	с	основную	усиленную	
	/5							
Ф6 Ф6-12		600	2380	300	—	42	—	1,07
		600	1180	300	—	21	—	0,53
Ф8 Ф8-12		800 800	2380 1180	300 300	—	48 24	—	1,43 0,71
	3 6							
Ф10 Ф10-12
Ф12
Ф12-12
Ф14 Ф14-12
Ф16 Ф16-12
Ф20
Ф24
Ф28
Ф32
1000	2380	300	200	42	72	1,58
1000	1180	300	200	21	36	0,79
1200	2380	300	300	55	96	1,82
1200	1180	300	300	27	48	0,9
1400	2380	300	300	72	108	2,18
1400	1180	300	300	36	54	1,08
1600	2380	300	300	88	127	2,53
1600	1180	300	300	44	63	1,26
2000	1180	500	500	71	99	2,54
2400	1180	500	700	120	186	3
2800	1180	500	700	144	216	3,55
3200	1180	500	700	174	266	4,14
Основные блоки стен имеют длину 2380 мм, высоту 580 мм и ширину 300, 400, 500 и 600 мм. Блоки обозначают буквами ФС и числом, указывающим их ширину в дециметрах. Добор-ные блоки при той же высоте и ширине имеют длину 780 мм, в их обозначении добавляют второе число, которое указывает длину блока в дециметрах. Пониженные блоки имеют длину 1180 мм, высоту 280 мм и ширину 400, 500 и 600 мм; в их обозначение дополнительно вводится буква Н.
Блоки длиной 2380 и высотой 580 мм допускается изготовлять с пустотами. Марка такого блока дополняется буквой <п». Толщина стенок в пустотелых блоках шириной 300 и 400 мм
106
равна 50 мм, а шириной 500 и 600 мм равна 100 мм. Пустотелые блоки применяются только в маловлажных грунтах.
Сплошные блоки стен подвалов используются для цоколей и фундаментов.
Фундаментные железобетонные плиты высотой 300 мм имеют ширину 600, 800, 1000, 1200, 1400 и 1600 мм и длину 2380 и 1180 мм. Эти плиты длиной 2380 мм обозначаются буквой Ф и числом, характеризующим ее ширину в дециметрах, а длиной 1180 мм — еще дополнительно цифрой 12 (длина плиты в дециметрах). Плиты высотой 500 мм имеют ширину 2000, 2400, 2800 и 3200 мм и длину 1180 мм. Они обозначаются буквой Ф и числом, указывающим их ширину в дециметрах. По заказу допускается изготовлять доборные плиты длиной 780 мм.
Фундаментные плиты шириной 1000 мм и более изготовляются обычными и усиленными с большим процентом армирования для восприятия большего изгибающего момента. К обозначению марки такой плиты добавляется буква «у», например Ф28-у.
Сечение фундаментной плиты проверяют на изгибающий момент, который возникает в ее консоли Дк (см. рис. VI.7, б) от реактивного давления грунта (без учета массы консоли, подушки и грунта на ней. Этот момент не должен превышать величину момента, указанного в табл. VI.4;
Лк^Рср,	(VI.1)
где Лк — вылет консоли, м; /и — длина фундаментной плиты, м; р — среднее давление на грунт, кПа.
Переход от одной отметки заложения сборного ленточного фундамента к другой осуществляется, так же как и у монолитного, ступенями (рис. VI.5). Высоту уступа принимают 30 или 60 см — высота блока плюс 2 см на шов. Отметки низа плит указываются на чертежах.
Блоки укладываются на цементном растворе с перевязкой швов стеновых блоков и плит. В слабых грунтах сборные фундаменты усиливают армированными швами или железобетонными поясами, уложенными по верху стеновых блоков и фундаментных плит или только по стеновым блокам всех стен здания на одном уровне (рис. VI.6). Такие швы и пояса часто устраивают и в местах ослабления фундаментов проемами и отверстиями.
Пример V1.2. Сконструировать сборный фундамент (рассчитай в примерах IV. 1 и V.2) под стену жилого дома. В примере V.2 фундамент сложен из плиты Ф14 н двух стеновых блоков ФС6.
107
Рис. VI.5. Схема изменения глубины мента с применением блоков а — пониженных; б — обычных
заложения ленточного сборного фунда
а) W 20
Рис. VI.6. Сборный фундамент с армированными швами и поясами 1 — железобетонная плита; 2 — армированный шов; 3 — стеновые блоки; 4 — армированный пояс; 5 — изоляция
Рис. VI.7. Конструкция сборного фундамента
а — общий вид; 1 — фундаментная плита Ф14; 2 — блоки стены подвала ФС;
3— обмазка битумом за два раза; 4 — гидроизоляция; б — расчетная схема консоли плиты
108
Решение. Верхний обрез фундамента принимаем на 0,1 м ниже отметки земли, тогда глубина его заложения будет: 0,1+2-0,64-0,3=1,6 м. Ось фундамента смещаем относительно оси стен на 10 см (рис. VI.7).
Определим величину момента в плите фундамента от реактивного давления грунта по формуле (VI.1) н сравним его с расчетным (см. табл. VI.4). Вылет консоли Лк=0,4 м, реактивное давление на грунт рср=213 кПа; отсюда
0,4-2,38-213 Л40п'=----——= 40,5 кН м<72 кН-м.
Следовательно, фундамент спроектирован правильно.
Ленточные прерывистые фундаменты. В зданиях, к которым не предъявляют требования повышенной жесткости, плиты ленточных сборных фундаментов в целях экономии рекомендуется укладывать с промежутками — устраивать ленточные прерывистые фундаменты (см. рис. VI.2)'. Они особенно целесообразны в тех случаях, когда полученная в расчетах ширина фундамента не соответствует ширине стандартных плит.
Благодаря распределительной способности грунтов и арочному эффекту давление под подошвой прерывистых фундаментов на небольшой глубине выравнивается, и можно считать, что они работают как сплошные. Поэтому их ширину определяют, расчетное давление назначают и расчет осадок производят как сплошных ленточных фундаментов без вычета площадей промежутков.
Оптимальный интервал между плитами С назначают из условия равенства расчетного давления на грунт 7?, полученного для ленточного фундамента шириной Ь, давлению на грунт прерывистого фундамента Дп с шириной плиты Ьп, длиной 1П при коэффициенте условий работы тп:
С=(тп^~	-0 In-	(VI.2)
\ о К /
Если расчетное давление под сплошным фундаментом R определялось по формуле (V.2), то при изменении ширины фундамента в ней меняется только первый член; расчетное давление на грунт под прерывистым фундаментом можно найти из выражения
=	Ац у„ (Ьп-Ь).
«Н
Здесь все обозначения те же, что и в формуле (V.2)'.
При одинаковой ширине сплошного и прерывистого фундаментов формула (VI.2) упрощается, *и
С = (тп 1) 1П.
Коэффициент условий работы тп зависит от состояния грунтов. Для песков плотных и средней плотности с коэффициентами пористости на границе между плотными и средней
109
плотности, а также глинистых грунтов консистенцией принимается шп=1,3; для песков с коэффициентом пористости на границе между песками средней плотности и рыхлыми и для глинистых грунтов консистенцией IL—0,5 принимается тп=1. Для глинистых грунтов консистенцией /ь>0,5 применять прерывистые фундаменты не рекомендуется.
При расчете прерывистых фундаментов по формуле (V.2) определяют ширину сплошного ленточного фундамента Ь; по табл. VI.6 подбирают равную или несколько большую ширину плиты прерывистого фундамента и определяют для него Дп. По формуле (VI.2) находят расстояние между плитами С, которое корректируется конструктивными соображениями. Уточняют действительное значение тп и Rn-
Из условий работы грунтов основания и стеновых блоков просвет должен быть С^(0,9ч-1,2) м и не более 0,7 /п, а ширина плиты должна быть /П^1,4Ь. Для более эффективного использования прерывистых фундаментов число просветов можно увеличить, применяя укороченные плиты (/п=1180 мм), если это не повлечет неоправданного увеличения трудовых затрат.
Прерывистые фундаменты конструируются как сплошные ленточные с перевязкой швов. Необходима также проверка вылета консоли.
Пример VI.3. Под.стену здания спроектировать фундамент длиной 24 м. Нагрузка на 1 м его подошвы 0,362 МН. Расчетное давление иа грунт основания, сложенного песками мелкими влажными с е=0,65, по опытным данным, принято R=0,2 МПа.
Решение. Необходимая ширина ленточного фундамента 6=0,362/0,2= = 1,81 м.
Принимаем сборный прерывистый фундамент из железобетонных плит Ф20 шириной 6П=2 м и длиной 1П=1,18 м.
Коэффициент условий работы находим интерполяцией между /пп=1,3 при е=0,6 и /ип=1 при е=0,75, т. е. тп=1,2. Расстояние между плитами
/2	\
С = 1,2----— 11,18» 0,4 м.
\	1,81 J
На фундаменте длиной 24 м, по конструктивным соображениям, укладываем 16 плит. Тогда общая длина промежутков составит 24—16-1,18= =5,12 м, а длина каждого промежутка, учитывая, что их будет иа единицу меньше, 6=5,12/15=0,34 м.
Полная нагрузка на плиту прерывистого фундамента
Р = 0,362 (1,18 + 0,34) = 0,55 МН, а давление по подошве
р = 0,55/1,18.2 = 0,234 МПа< 0,2-1,2 = 0,24 МПа.
Сборные железобетонные фундаменты под, столбы проектируются из одной или двух фундаментных плит (табл. VI.5). Кирпичные столбы имеют большую площадь поперечного сечения и возводятся на цементном растворе непосредственно на поверхности плиты без башмака. Фун-110
Таблица VI.5. Фундаментные плиты и башмаки под колонны и столбы зданий
Марка				Размеры, мм			Давление на грунт от нормативных нагрузок, МПа	Допускаемый вылет консоли, А , мм		а □ с У 3 й о <33 г»
				ь	l	h				
БК-1 БК-2				780 1180	780 1180	580 580	—	—	0,69 1,83	
ФП20-20 ФП22-22				2000 2200	2000 2200	300 300	/0,2 /0,35 /0,2 10,35	610 410 710 510	0,25 0,29	
ФП24-12				1190	2400	300	0,35	400	1,88	
ФП28-12			-	1190	2800	300	0,3	500	2,23	
ФП32-12		X/		1190	3200	300	0,25	700	2,58	
										
ФТ16-18				1600	1800	580	—	—	3,17	
										
СБ8-8 СБ12-12		n		780 1180	780 1180	580 580	—	—	0,78 1,78	
		9Xv								
111
даментныр плиты могут не проверяться на прочность, если полученные вылеты консоли Ак и Вк равны или меньше указанных в табл. VI.5.
Одиночные плиты ФП20-20 и ФП22-22 следует применять при нагрузке на столбы до 1 МН, двойные плиты — при большей нагрузке.
Под отдельные столбы можно использовать блоки ленточных фундаментов Ф20, Ф24, Ф28, Ф32. При объединении таких блоков на них укладывается распределительная плита — траверса.
Сборные железобетонные фундаменты под колонны проектируются из одной или нескольких фундаментных плит, уложенных в один или несколько рядов на цементном растворе. Сверху плит устанавливают подколенник, а при необходимости — дополнительные стойки под ранд-балки (см. рис. VI.4).
В гражданских зданиях колонны устанавливаются на фундаментные плиты под столбы со сборными башмаками БК (табл. VI.6).
Отдельными организациями для различных зданий и сооружений разработаны варианты конструкций сборных фундаментов.
На сборные фундаменты, составленные из нескольких рядов железобетонных плит, расходуется больше бетона и арматуры по сравнению с монолитными, что связано с необходимостью армирования плит каждого ряда и увеличения размеров плит для восприятия растягивающих усилий в горизонтальных швах при действии внецентренной нагрузки. Поэтому под колоннами с большими нагрузками очень часто устраивают монолитные фундаменты.
§ 31. Защита помещений от грунтовых вод и сырости
Практикой строительства выработаны различные способы предохранения конструкций и подземных помещений от грунтовых вод и влаги. Многие из этих мероприятий, выполняемые в период строительства, достаточно просты и эффективны. Но их устройство осложняется, а эффективность снижается, когда они выполняются уже в существующих зданиях и сооружениях.
Защитные мероприятия бывают направлены на предохранение подземных сооружений и подвалов от сырости, затопления грунтовыми водами, от коррозии и разрушения материалов подземных конструкций. Выбор этих мероприятий зависит от гидрогеологических условий строительной площадки, сезонного колебания и возможного изменения уровня грунтовых вод, их агрессивности, особенностей конструкций и назначения помещений.
112
Защита надземных помещений от грунтовой сырости ограничивается устройством по выровненной поверхности всех стен на высоте 15—20 см от верха отмостки или тротуара непрерывной водонепроницаемой прослойки из жирного цементного раствора или одного-двух слоев рулонного материала на битуме (рис. VI.8). Этот слой составляет с бетонной подготовкой пола одно целое. В местах понижения пола устраивают дополнитель-
ную изоляцию.
Рис. VI.8. Изоляция от сырости стеи бесподвальных зданий с полами по лагам и по грунту
а, в — изоляция наружных стеи; б — изоляция внутренних стен; 1 — рулонный материал или цементный раствор; 2 — обмазка битумом за два раза
Рис. VJ.9. Изоляция от сырости стен подвальных и заглубленных помещений
а — наружной стены; б — внутренней стены; 1 — рулонная гидроизоляция; 2 — обмазка битумом
Изоляция от сырости подвальных и заглубленных помещений в сухих грунтах осуществляется обмазкой за один-два раза наружной поверхности заглубленных стен горячим битумом и прокладкой рулонной изоляции в стене на уровне пола подвала. Во влажных грунтах обмазку делают по оштукатуренной цементным раствором поверхности стены. В сильновлажных грунтах к цементному раствору добавляют церезит, уплотняющий бетон и растворы.
Поверхности стен подвалов изолируются от сырости горизонтальной водонепроницаемой прослойкой в стене, доходящей до пола подземного помещения или подвала (рис. VI.9). Изоля-
1»
•цией пола подвала при низком уровне грунтовых вод служит сам бетонный пол. В сильновлажных грунтах пол выполняют из плотного бетона с добавлением церезита, покрывая его слоем битума, а чистый пол — из асфальта.
Защита подвальных и подземных помещений от грунтовых вод. Основными мероприятиями по борьбе с грунтовыми водами являются перехват их дренажами и устройство гидроизоляции.
В городском и промышленном строительстве применяют горизонтальные трубчатые дренажи совершенного типа, полностью прорезающие водоносный слой и доходящие до водоупора, и несовершенного типа — прорезающие этот слой частично.
Наиболее экономично устраивать дренаж не для одного здания или сооружения, а для их комплекса в период инженерной подготовки территории, что сокращает протяженность дренажной сети.
Для отдельных зданий и сооружений применяют два типа дренажей. Первый — пристенный (сопутствующий) дренаж— применяют при неглубоком залегании водоупора и слои
<6
///
V' '//
III \\\ III \\\ "l \\\ III Ф III \\\ III III W /// \\\ /// \\\ //, \ll Hl Hl III \\\ '// \\\ '/, \\\ /// /// ///
Hl
/// /// УГВ
'//III III III \\\ 1ц \\\ /// \\\ /Ц \\\
4, \\\
\ 'll \V П/ \\\ /// \'4/// \W \W /// /// Л4\/// W\ ll/\W iii\\\ /// U| Ut HI ///
Ilia'll \\\ ill /// \\\ /// ul /// \H /// \.W\\\l /// \\\ /// W\ /// \W ///
:5
4
3
2
1
Пол подвала
'Рис. VI. 10. Пристенный дренаж
J — щебень, втрамбованный в грунт; 2 — глинобетон; 3 — мелкий щебень или гравий; 4 — песок крупный; 5 — песок средней крупности; 6 — местный грунт; 7 — обмазка битумом за два раза

114
стом основании (рис. VI. 10). Он располагается с наружной стороны фундамента и заглубляется ниже его подошвы. Второй — пластовый (рис. VI.11)—применяют в слабопроницаемых грунтах, где линейные дренажи часто не дают положительного результата и при наличии в этих грунтах маломощных хорошо проницаемых прослоек и линз. Соединение подпольного пластового дренажа с пристенным в зданиях с ленточными фундаментами осуществляется с помощью труб, а с отдельными фундаментами — через дренажные прослойки.
Рис. VI. 11. Пластовый дренаж под подвалом здания
/ — песок сердней крупности; 2 ~ пристенный дренаж; 3 — песок крупный; 4 — гравий или щебень
Пластовые дренажи не защищают подземные сооружения от сырости и увлажнения капиллярной влагой.
Устройство дренажей, особенно индивидуальных, лимитируется возможностью отвода из них воды, например, наличием ливневой канализации, станций перекачки и других устройств и условий. Следует учесть, что при устройстве дренажей требуются дополнительные расходы, связанные с их эксплуатацией и ремонтом.
Оклеечная водонепроницаемая гидроизоляция выполняется только из рулонных материалов с негниющей основой — гидроизола, металлоизола, толя и рубероида с антисептирован-ной основой. Рулонные материалы наклеивают битумным раствором на выровненную изолирующую поверхность.
Наклеенная гидроизоляция зажимается между поверхностью изолируемой конструкции и защитной конструкцией, предохраняющей изоляцию от механических повреждений и в ряде случаев погашающей напор грунтовых вод. Водонепроницаемый ковер ниже расчетного уровня грунтовых вод должен быть непрерывен по всей заглубленной поверхности.
Грунтовые воды оказывают гидростатическое давление на пол и стены заглубленных помещений.
Расчетный напор /гр (от отметки гидроизоляции в конструкции пола) принимают и гидроизоляцию выполняют на 0,5 м выше максимального уровня грунтовых вод. Схема эпюры гидростатических давлений на заглубленные помещения и величины этих давлений приведены на рис. VI. 12.
115.
При уровне грунтовых вод порядка ОД1—0,15 м гидроизоляция пола состоит из двух слоев рулонного материала по выровненной поверхности подготовки и защитной конструкции (рис. VI.13). Напор погашается частью конструкции пола над изоляцией.
Рис. VI.12. Эпюра гидростатического давления грунтовых вод на заглубленную конструкцию
Рис. VI. 13. Гидроизоляция, подвала при напоре грунтовых вод до 0,5 м
1 — кирпичная или бетонная защитная стенка; 2 — рулонная изоляция; 3 — конструкция чистого пола; 4 — деформационные компенсаторы; 5 — цементный или асфальтовый слой;
6 — цементная стяжка; 7 — бетонная подготовка
Для предупреждения разрыва изоляционного ковра от неравномерных осадок фундамента и пола подвала между ними устраивается компенсатор в виде петли из ковра, размещаемый в коробе с битумом. Компенсаторы устраивают и около осадочных швов.
При уровне грунтовых вод выше пола подвала на 0,5 м гидроизоляция должна состоять из трех или более слоев рулонной изоляции и дополнительной конструкции, защищающей ее от отрыва и воспринимающей гидростатическое давление.
На вертикальных поверхностях гидростатическое давление воспринимается стенами или специальными конструкциями. В первом случае гидроизоляцию наклеивают по выровненным наружным поверхностям стен и предохраняют от механических повреждений защитной стенкой из кирпича, бетонных плит или блоков (рис. VI. 14). Зазор между изоляцией и стенкой заполняют жидким цементным раствором. Для лучшего зажима изоляции защитную стенку через 5—6 м по ее длине разделяют полоской рулонного материала. Во втором слу-
116
чае изоляцию наклеивают на внутреннюю поверхность стены и прижимают специальной конструкцией, рассчитанной на восприятие гидростатического давления (рис. VI. 15).
Рис. VI.14. Гидроизоляция подвала по наружной поверхности стен при больших напорах грунтовых вод
/ — гидроизоляция стен; 2 —обмазка битумом; 3 — рулонная изоляция; 4 — занятная кирпичная или железобетонная стенка; 5 — железобетонное ребристое перекрытие (балки заделаны в стены); 6 — защитный цементный слой; 7— цементная стяжка; 8 бетонная подготовка
Рис. VI. 15. Гидроизоляция подвала по внутренней поверхности стен при больших напорах грунтовых вод
1 — гидроизоляция стен; 2 — битумная обмазка, защищенная цементной штукатуркой; 3 — рулонная изоляция; 4 — цементный слой; 5 — железобетонная коробчатая конструкция; 6 — чистый пол; 7 — цементная стяжка; 8 — бетонная подготовка
1 — перемятая глина; 2, 10 — обмазка битумом за три раза; 3 — защитная стенка; 4 — рулонная изоляция; 5 — чистый пол; 6 — железобетонное перекрытие; 7 — защитный слой; 8 — цементная стяжка; 9 — щебеночная нли гравийная подготовка на битуме
В горизонтальных конструкциях гидроизоляцию наклеивают на гладко выровненную цементной стяжкой поверхность подготовки и сверху предохраняют ее цементным или асфальтовым слоем толщиной 3—5 см. Гидростатическое давление воспринимается заделанными в стены или в опоры здания железобетонными плитами, обратноребристыми и безбалочными перекры
117
тиями, коробчатыми конструкциями (см. рис. VI.15), общими для пола и стен, и железобетонными плитами, перекрытыми металлическими балками.
Когда гидростатическое давление вспринимается железобетонными перекрытиями, они одновременно могут использоваться как сплошные фундаментные плиты.
При изоляции смежных конструкций их изолируемые поверхности должны быть притуплены фаской под углом 45° или закруглены радиусом не менее 10—15 см.
Защита подземных конструкций от агрессивных вод сводится в зависимости от их агрессивности к приданию материалу большей химической стойкости пли к изоляции их от смачивания грунтовыми водами. При наличии определенного источника агрессивных вод хорошие результаты дает устройство вокруг сооружения нейтрализационных барьеров — канав, заполненных известковым щебнем и камнем, которые нейтрализуют кислоту в воде и снижают ее агрессивность.
Простейшей изоляцией от слабоагрессивных вод может быть глиняный замок из хорошо перемятой и плотно утрамбованной глины. В более агрессивных водах изоляция осуществляется химически стойкими оболочками.
При сильноагрессивных водах поверхность конструкции с боков и снизу предохраняют оклеечной изоляцией из битумных рулонных материалов (рис. VI.16). Изоляцию по подошве сооружения наносят на подготовку из тощего бетона.
При весьма агрессивных водах конструкцию облицовывают клинкером на битуме или на специальном кислотостойком растворе.
§ 32. Осадочные швы
Чувствительность зданий и сооружений к неравномерным осадкам можно понизить, разрезая их конструкции на отдельные отсеки осадочными швами от подошвы фундамента до карниза стены. Швы обеспечивают свободное вертикальное перемещение этих отсеков относительно друг друга.
.	В зданиях со сплошными фундаментами и
fстенами сквозной шов фундамента переходит в
I	рГ	1	шпунтовый паз в стене (рис. VI. 17). В наруж-
L	I ных стенах швы заполняют пропитанной биту-
।	й	|	мом паклей, минеральной ватой и другими
I---иС---1	теплоизоляционными материалами.
В каркасных зданиях швы устраивают меж-ДУ двумя рядом расположенными колоннами или Т~ рамами. Если уширения фундаментов не позво-
----7---- Рис. VI. 17. Осадочные швы
2	а — в стене; б — в фундаменте; 1 — теплоизоляция; 2 — доски
118
ляют колонны поставить близко, их устанавливают на возможно минимальном расстоянии, а покрытия и перекрытия между ними выносят на консолях.
Осадочные швы рекомендуют устраивать в случаях примыкания нового здания к старому и строительства их в несколько очередей с большим интервалом во времени; при существенном изменении нагрузок на отдельных участках здания или при изменении конструкций здания (например, при изменении числа этажей, примыкании к каркасной конструкции цеха бытовых помещений с несущими стенами на ленточных фундаментах), а также когда в пределах здания залегают грунты с разной по величине и времени сжимаемостью.
Следует иметь в виду, что в зданиях, разрезанных швами, может произойти резкое неравномерное перемещение отдельных отсеков, которое затруднит эксплуатацию оборудования (транспортеров, конвейеров и др.).
Глава VII. ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОТЛОВАНОВ
§ 33.	Общие сведения
Проект устройства котлованов является составной частью общего проекта здания и сооружения и организации работ. В него входят горизонтальная и вертикальная привязки котлована к местности, план и разрезы котлована с указанием основных осей, размеров поверху и понизу, абсолютных отметок дна и всех заглублений, привязки заглублений к основным осям, размеров откосов или конструкций крепления его стенок. В проекте предусматриваются мероприятия, направленные против затопления поверхностными и подтопления грунтовыми водами, нарушения природного сложения грунтов основания при производстве работ, возможного промерзания грунтов в зимнее время, мероприятия по обеспечению сохранности рядом расположенных существующих строений и другие мероприятия, обусловленные местными геологическими и гидрогеологическими условиями, спецификой возводимых зданий и сооружений, особенностями инженерной подготовки территории.
Надежность, устойчивость, величина осадки естественных оснований, прочность и деформируемость слагающих их грунтов во многом зависят от условий производства работ по разработке котлованов и устройству основания. .
Ниже рассматриваются преимущественно мероприятия, выполнение которых в наименьшей мере нарушает естественное залегание грунтов основания при устройстве котлованов.
Возведение фундаментов и работы нулевого цикла можно начинать после приемки котлована и грунтов основания, что
119
оформляется специальным актом. При несоответствии и нарушении грунтовых условий или условий производства работ в акт включают необходимые указания по уточнению или изменению проекта, а также указывают мероприятия для устранения всех нарушений. Работы, связанные с устройством котлована, относятся к скрытым, поэтому в приемке котлована участвуют представители заказчика, изыскательских и проектных организаций, производителя работ и других заинтересованных организаций (например, санитарно-эпидемиологической станции).
§ 34.	Размеры котлованов и обеспечение устойчивости их стенок
Размеры дна котлована в плане определяются размерами между наружными осями сооружения, расстояниями от этих осей до крайних уступов фундаментов, размерами дополнительных конструкций, устраиваемых около фундаментов с наружных сторон (пристенных дренажей, временных водоотводных канав и пр.), и минимальной шириной зазора (позволяющей возводить подземные части сооружения) между дополнительной конструкцией и стенкой котлована.
Размеры котлована поверху складываются из размеров дна котлована, ширины откосов или конструкций крепления его стенок и зазора между гранями фундаментов и откосов. Глубина котлована определяется отметкой заложения фундамента и дополнительных устройств (песчаной подушки, пластового дренажа и т. п.).
Рабочий слой основания предохраняют от нарушений защитным слоем грунта, который снимают только перед возведением фундамента. Толщину этого слоя указывают в проекте.
Для отвода атмосферных осадков поверхность защитного слоя выполняется с уклоном в сторону стенок, а по периметру котлована устраиваются водоотводные канавки с уклоном в сторону приямков (зумпфов), из которых по мере необходимости откачивают воду. Устройство канавок и зумпфов и откачка воды из них производятся с соблюдением требований открытого водопонижения.
Для доставки материалов, деталей и транспортирования механизмов в котлован предусматривают спуски. Устойчивость стенок котлована обеспечивается различными видами креплений или приданием им соответствующих уклонов.
Способ крепления зависит от глубины котлована, свойств и напластования грунтов, уровня и дебита грунтовых вод, условий производства работ, расстояния до существующих строений.
Стенки котлована, ширина которого равна глубине и на бровках которого отсутствует нагрузка, можно оставлять вертикальными: в маловлажных насыпных, песчаных и гравелистых грунтах при глубине котлована до 1 м; в супесях твердой и пластичной консистенции — до 1,25 м; в суглинках и глинах твердой,
120
полутвердой и тугопластичной консистенции — до 1,5 м и в особо плотных грунтах — до 2 м. Однако возведение фундаментов и подземных элементов, а также засыпка пазух котлованов должны производиться сразу же вслед за отрывкой грунта.
Для более глубоких котлованов в грунтах естественной влажности стенки могут выполняться без крепления, но с уклоном и крутизной откосов, которые приведены в табл. VII.1. Крутизна откосов котлованов глубиной более 5 м назначается расчетом.


Таблица VII.1. Наибольшая допустимая крутизна откосов котлованов и траншей в грунтах естественной влажности
Дно котлована А.а
С
Вид грунта	Глубина выемки, м, до					
	1.5		3		5	
	а, град	h-.l	а» град	h-.l	а, град	h-.l
Насыпной	56	1:0,67	45	1:1	38	1:1,25
Песчаный и гравийный влажный (насыщенный)	63	1:0,5	45	1:1	45	1:1
Супесь	76	1:0,25	56	1 :0,67	50	1:0,85
Суглинок	90	Г.0	63	1:0,5	53	1:0,75
Глина Моренные:	90	1:0	76	1:0,25	63	1:0,5
пески и супеси	76	1:0,25	60	1 :0,57	53	1:0,75
суглинки	78	1:0,2	63	1:0,5	57	1:0,65
В неустойчивых грунтах при отсутствии грунтовых вод, когда невозможно устройство откосов, стенки крепят досками или инвентарными щитами, удерживаемыми распорками.
В глубоких выработках, в сложных геологических и гидрологических условиях, на стесненных площадках (около существующих домов и сооружений, автомобильных и железных дорог) крепление котлованов осуществляется шпунтовыми стенками или грунтами, закрепленными силикатизацией, цементацией, замораживанием; иногда применяют специальные конструкции фундаментов, например стена в грунте, опускные колодцы с тиксотропным раствором и др.1.
Устойчивость откосов и ограждающих конструкций котлованов рассчитывается с учетом временных нагрузок на бровках. Она должна быть обеспечена на период производства всех работ ниже уровня земли до обратной засыпки.
* Конструкции и устройство креплений стенок приведены в курсах «Строительное производство» и «Основания и фундаменты».
121
§ 35.	Защита котлованов от грунтовых вод
Защита котлованов от грунтовых вод осуществляется с помощью водопонижения, устройства противофильтрационных завес и комбинацией этих способов.
Способ защиты выбирают в зависимости от вида грунтовых вод, особенностей напластования и свойств грунтов, глубины, размеров и формы котлована в плане, особенностей и размеров строительной площадки.
Все работы должны быть организованы так, чтобы сохранить и улучшить грунты основания возводимого сооружения и не повредить грунты оснований рядом расположенных сооружений.
Водопонижение осуществляется с помощью открытого водоотлива или глубинного водопонижения и производится в течение всего времени устройства фундаментов и других подземных частей здания, расположенных ниже уровня грунтовых вод, до тех пор, когда нагрузки от конструкции превысят возникающее гидростатическое давление и обеспечат устойчивость подземных сооружений против всплывания. Водопонижение ведется постоянно или с перерывами, но при этом должно быть полностью исключено даже временное подтопление котлована; уровень воды должен находиться на 0,5 м ниже отметки дна котлована.
Открытый водоотлив осуществляется прямо из котлована специальными насосами. Это водопонижение наиболее простое, но для сохранения природного сложения грунтов оно должно вестись с опережением земляных работ в определенной последовательности. Вода откачивается из приямков — зумпфов, куда она поступает из канавок глубиной 0,3—0,5 м, расположенных по периметру котлована, с уклоном 1 = 0,014-0,02 в сторону приямков. Зумпфы устраивают не ближе 1 м от граней фундамента. По мере разработки котлована зумпфы постепенно заглубляются вместе с канавками. Зумпфы заглубляются не менее чем на 0,7—1 м, и уровень воды в них поддерживается на 0,3—0,5 м ниже дна вырытого котлована.
Для сохранения устойчивости котлована его стенки пригру-жаются, а канавки выкладываются щебнем или гравием.
Открытый водоотлив применяют в неглубоких котлованах при грунтовых водах типа верховодки или отдельных линз, когда отсутствует постоянное их питание. При небольшом дебите открытый водоотлив можно применять на площадках с грунтовыми водами, уровень которых не выше 0,5 м над отметкой дна котлована.
Глубинное водопонижение в промышленном и гражданском строительстве обычно осуществляется легкими иглофильтровыми установками (ЛИУ). Полезное водопонижение ЛИУ около' 4—5 м, поэтому иглофильтры целесообразно погружать в грунт
122
и коллекторы для отвода воды располагать на банкетках откосов котлована, отметки которых назначают на 0,5 м выше уровня грунтовых вод (рис. VII.1).
Фильтрующее звено погружают на такую глубину, при которой депрессионная кривая проходила бы на 0,5 м ниже отметки дна котлована. Само звено должно находиться ниже уровня воды, иначе в систему будет засасываться воздух.
Рис. VII.1. Схема водопонижения легкими иглофильтровыми установками 1 — водосборный коллектор; 2—иглофильтр; 3 — всасывающее звено иглофильтра; стрелками указано направление движения воды
Рис. VII.2. Схема двухъярусной иглофильтровой установки
1 — иглофильтр первого яруса; 2 — иглофильтр второго яруса; 3 — всасывающие звенья иглофильтров; / — уровень грунтовых вод, пониженный первым ярусом иглофильтров // — депрессиоиая кривая при полном понижении; /Г— понижение грунтовых вод под существующим зданием
Водопонижение на глубину более 4 м осуществляют ярусными иглофильтровыми установками. Первый ярус монтируют на тех же- отметках, что и при одноярусном понижении. После осушения верхней зоны разрабатывают грунт до отметки, превышающей на 0,5 м пониженный уровень грунтовых вод. На этой отметке монтируют второй ярус иглофильтровых установок. В глубоких котлованах водопонижение осуществляется в несколько ярусов (рис. VII.2). Применение многоярусных ЛИУ
123
требует расширения котлована и увеличения земляных работ, поэтому в глубоких котлованах целесообразно переходить на водопонижение нагнетающими насосами.
Обычные иглофильтровые установки дают хорошие результаты в крупных, средних и мелких песках. В песках пылеватых и супесях следует применять эжекторные иглофильтры — водоструйные насосы, создающие большее разрежение около фильтрующего элемента и увеличивающие всасывание.
Рис. VII.4. Схема водопонижения для снятия напора воды в напорном слое с помощью легких иглофильтрующих установок
1 — водоупорный слой грунта; 2 — водоносный слой грунта; 3 — кровля водоупорного слоя грунта; / — пьезометрический уровень до начала откачивания; II — то же. во время откачивания
Регрессионная криВая
Рис. VI 1.3. Схема водопонижения иглофильтрами с применением электроосмоса
1 — иглофильтр, заряженный отрицательно; 2 — металлический стержень, заряженный положительно
Глубина погружения иглофильтров и скважин, расположение их в плане приводятся в проекте организации работ.
Водопонижение ЛИУ с применением электроосмоса применяется в глинистых грунтах. Постоянный ток, пропущенный через глинистый грунт, вызывает передвижение воды от анода к катоду, обезвоживая грунт около анода и увлажняя около катода. Используя в качестве анода металлический стержень, а в качестве катода иглофильтр, можно откачивать поступающую к иглофильтру воду (рис. VII.3) и осуществлять водопонижение и осушение глинистого грунта. Фильтрация воды происходит одновременно за счет электроосмоса и вакуумирования. В супесях в процессе осушения преобладает вакуумирование, в глинах— электроосмос, а в суглинках оба процесса действуют примерно в одинаковой степени.
Расстояние между иглофильтрами и анодами устанавливается опытным путем.
Водопонижение с применением электроосмоса практически не отличается от водопонижения ЛИУ, но в первом случае предъявляются более высокие требования техники безопасности.
В процессе водопонижения грунты за счет возникающего гидродинамического давления уплотняются, строительные свой
124
ства их улучшаются. Поэтому часто после водопонижения приходится разрабатывать более плотные грунты.
В последнее время в сложных геологических условиях и на стесненных строительных площадках вместо крепления стенок котлованов шпунтовыми ограждениями или перемычками из закрепленных грунтов применяют более эффективную конструкцию— «стена в грунте». При этом способе вначале под защитой глинистого раствора разрабатывается траншея, в которую зате.м опускают сборные конструкции стены или устанавливают арматуру и бетонируют стену. Такая стена служит и ограждающей конструкцией подземной части сооружения, что значительно снижает стоимость работ.
Водопонижение для уменьшения давления межпластовой воды в водоносном слое производится при заложении сооружений на водоупорном слое, например на плотном суглинке или глине, которые подстилаются водовмещаемым слоем с напорным водоносным горизонтом (рис. VII.4). При разработке котлована при недостаточной толщине оставшегося слоя h0 напорная вода из ниже лежащего пласта может прорваться в котлован в виде фонтана или ключей, разуплотняя и взрыхляя грунты будущего сооружения.
Понижение напора воды в водоносном слое и снижение давления ее на подошву водопроницаемого слоя осуществляются откачкой воды глубинными насосами, ЛИУ, устройством самоизливающихся скважин.. Понижение пьезометрического уровня на 1 м уменьшает напор воды на 1 кПа.
Понижать давление воды в водоносном слое следует в тех случаях, когда не удовлетворяется условие
Уте Но <С Уц ^о.
где ую — объемная масса воды; Но— высота напора воды от подошвы водоупорного слоя; уц — объемная масса грунта проверяемого слоя с учетом массы воды в порах; h0—расстояние от дна котлована до подошвы этого слоя.
Из этого же условия определяют, на какую величину необходимо снизить напор &Н в водоносном слое:
Д Н> (Но yw — h0 уп)/уда = Нв — Мц/Уте.
Понижение напора производится до тех пор, пока фундамент не приобретет достаточной прочности и устойчивости, давление по подошве не превысит давление от напора А#, не закончатся все работы нулевого цикла и не будут засыпаны пазухи котлована.
Пример VII.1. Спроектировать котлован.под двухсекционный жилой дом, рассмотренный в примере VI.2 (см. рис. VI.7).
Решение. Площадка, на которой возводится дом (см. табл. II1.3, рис. III.5), имеет ровную поверхность, ее планировочная отметка (абсолют
125.
ная отметка 110,60, условная —1,05) совпадает с природным рельефом. Глубина заложения ленточных фундаментов под все стены равна 1,6 м. Котлован прорезает пески средней крупности и средней плотности, насыщенные водой. Грунтовые воды находятся ниже подошвы фундамента, поэтому котлован проектируем с откосами. Ввиду небольшого размера котлована и короткого срока выполнения работ канавки и приямки для откачки воды от атмосферных осадков не предусматриваются.
Горизонтальная привязка котлована к месту выполнена при разбивке всех зданий квартала.
Вертикальная привязка котлована. Отметка подошвы всех фундаментов равна 109,00 (усл. —2,65), отметка низа конструкций пола в подвале— 109,10 (усл. —2,55). Разработку котлована предполагается вести с поверхности экскаватором с обратной лопатой до отметки 109,10 (низ конструкции пола), а дополнительное заглубление на 0,1 м (от.м. 109,00) —легкими механизмами или вручную непосредственно перед укладкой фундаментной плиты.
Ширина котлована понизу складывается из расстояния между крайними продольными осями—112 м, внешних вылетов фундаментов с двух сторон— 2-0,8= 1,6 м, зазоров между фундаментными плитами и краями откосов •котлована — по 0,2 м с каждой стороны. Таким образом, ширина котлована понизу составляет 14 м.
Ширина котлована поверху равна ширине котлована понизу плюс ширина откосов с двух сторон. Для рассматриваемых грунтов и при глубине котлована 1,6 м крутизна откосов равна 45°, а заложение равно 1,6 м (см. табл. VII.1). Следовательно, искомая ширина котлована будет составлять 17,2 м.
Монтаж фундаментов предусмотрен с помощью кранов, расположенных на бровке, поэтому специального спуска в котлован для механизмов не предусмотрено. План котлована приведен на рис. VH.5.
Рис. VII.5. План котлована для жилого дома
326
Раздел III. ФУНДАМЕНТЫ ГЛУБОКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ
Глава VIII. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ФУНДАМЕНТАХ ГЛУБОКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ
§ 36. Виды фундаментов глубокого заложения
Фундаменты глубокого заложения проектируют для передачи нагрузки на прочные грунты, залегающие на большой глубине. Они погружаются в грунт с поверхности земли или со дна неглубокого котлована на глубину, значительно большую, чем это необходимо из условий промерзания, конструктивных и эксплуатационных требований. Фундаменты глубокого заложения воспринимают большие нагрузки, так как при значительной глубине их погружения исключено выпирание грунта из-под подошвы, а благодаря защемлению в грунте, возникающему во время погружения, часть нагрузки передается за счет трения грунта по боковой поверхности конструкции. В результате защемления фундамента происходит полная или частичная его заделка в грунте, что следует учитывать при действии горизонтальных нагрузок.
Традиционные фундаменты глубокого заложения — массивные опускные колодцы и кессоны — уступили место облегченным фундаментам из одиночных или групп различных видов свай, свай-оболочек, глубоких опор (тонкостенные оболочки и буронабивные опоры) и свайным конструкциям.
Массивные опускные колодцы большого диаметра и кессоны для устройства фундаментов почти не применяются. Они наряду с конструкцией «стена в грунте» используются при возведении заглубленных помещений зданий и сооружений (подземные гаражи, шахты, скиповые ямы, отстойники, водозаборные сооружения, насосные станции и т. д.). По условиям работы и возведения такие конструкции нельзя рассматривать как фундаменты.
Сваями, сваями-оболочками и глубокими опорами называются относительно длинные, различной конфигурации конструктивные элементы, погружаемые или формируемые в грунте в вертикальном или наклонном положении, которые передают нагрузки от сооружения на основание. Они, как все фундаменты глубокого заложения, передают нагрузку за счет лобового сопротивления и трения грунта по боковой поверхности.
Свайными конструкциями называют группу свай или свай-
127'
оболочек, объединенных поверху плитами или балками — ростверками, которые обеспечивают передачу и относительно равномерное распределение нагрузки от сооружения на сваи и их совместную работу. На них возводят несущие конструкции или они сами служат несущими конструкциями.
В зависимости от условий работы конструкции и направления действующих на нее сил все сваи погружают вертикаль-
но, наклонно или часть свай — вертикально, а часть — наклонно, учитывая при этом, что сваи лучше всего работают на осевое сжатие.
Различают свайные конструкции с высоким ростверком, нижняя поверхность которого расположена выше отметки спланированной земли или размыва
Рис. VIII.1. Схемы свайных конструкций а <— с высоким ростверком; б — с визкнм ростверком; .1 — сваи; 2—ростверк
грунта около сооружения, и с низким ростверком, подошва которого расположена ниже этих отметок (рис. VIII.1).
Сваи с высокими ростверками являются своеобразными инженерными сооружениями (мосты и их опоры, причалы, пирсы и т. п.), в которых сваи могут работать на изгиб, центральное и внецентренное сжатие и растяжение. Эти конструкции рассчитываются как плоские или пространственные рамы, у которых ростверк принимают за жесткий или гибкий ригель, а сваи, заглубленная часть которых является фундаментом, — за вертикальные или наклонные гибкие стойки.
Конструкция сваи с низким ростверком состоит из совместно работающих ростверка, свай и грунта в межсвайном пространстве. В этих конструкциях сваи почти полностью погружены в грунт и работают преимущественно на сжатие.
В промышленных и гражданских зданиях, в которых преобладают вертикальные нагрузки, к свайным фундаментам относят сваи с ростверками, расположенными на поверхности или несколько возвышающимися над поверхностью земли или над отметкой подполья.
Надземные конструкции зданий и сооружений возводят непосредственно на ростверках или между ростверком и конструкциями предусматривают дополнительные элементы — стеновые блоки, панели и т. п. В Моспроекте разработаны специальные конструкции нижних панелей стен зданий, которые устанавливаются непосредственно на сваи без ростверков.
Широкое применение в промышленном и гражданском строительстве свай, свай-оболочек и свайных фундаментов обусловлено увеличением нагрузок на опоры, увеличением
128
объема строительства на площадках с плохими грунтовыми условиями в связи с запрещением использования участков, занятых сельскохозяйственными угодьями, а в ряде случаев, более простым и экономичным решением конструкций подземных частей зданий.
Сваи, сваи-оболочки и тонкостенные оболочки различают по материалу, условиям изготовления и погружения, по передаче нагрузки на грунты основания, по размерам и формам поперечного и продольного сечения.
По условиям изготовления и погружения они делятся на готовые, изготовляемые на заводах или полигонах, а затем погружаемые в грунт; набивные, формируемые на месте путем заполнения бетоном заранее устроенных в грунте полостей и комбинации из них.
Расчет фундаментов глубокого заложения включает в себя расчет конструкции от действия строительных нагрузок в процессе опускания и расчет конструкции, превращенной в фундамент глубокого заложения.
§ 37. Забивные сваи и сваи-оболочки
Готовые сваи и сваи-оболочки погружаются в грунт ударами ручных, паровых или дизельных молотов одинарного или двойною действия; задавливанием статической нагрузкой; вибраторами, установленными на головах свай; завинчиванием специальными механизмами; подмывом струями воды, а также сочетанием этих методов. Для уменьшения сопротивления погружению их иногда забивают в предварительно пробуренные скважины-лидеры, забой которых должен быть выше конца сваи на 1 м и более. Все готовые сваи часто называют забивными.
Забивные сваи по материалу, из которого они изготовляются, делятся на деревянные, железобетонные, металлические и комбинированные.
Деревянные сваи, изготовляемые из одного или нескольких бревен, во избежание гниения должны все время находиться ниже наинизшего уровня грунтовых вод. В городах и на крупных промышленных площадках, где уровень грунтовых вод меняется, деревянные сваи почти не применяются.
Металлические сваи обычно используются как оболочки для набивных и комбинированных свай и в виде шпунтовых креплений стенок котлована.
В промышленном и гражданском строительстве наибольшее распространение получили железобетонные сваи и сваи-оболочки.
Железобетонные забивные сваи могут быть самых различных размеров и сечений. Стандартные сваи имеют квадратное сплошное, квадратное с круглой полостью и полое круглое се
5 (0,5) Зак. 274
129
чения. Последний тип свай изготовляется с закрытым и открытым нижними концами. Квадратные сваи с круглой полостью и круглые без наконечника погружаются без удаления грунта из полости, так же как сплошные сваи, любым перечисленным выше способом.
Стандартные железобетонные сваи-оболочки изготовляются без наконечника и с наконечником. Они погружаются преимущественно с помощью вибраторов, причем сваи без наконечника погружаются с открытым нижним концом с полной, частичной выемкой или без выемки грунта из полости. Сечения этих конструкций не требуют усиления, но для увеличения лобового , сопротивления у оболочек с полностью удаленным грунтом внизу устраивается бетонная пробка. У оболочек, которые погружаются без выемки или с частичной выемкой грунта, такой пробкой служит сам грунт.
Круглые сваи имеют наружный диаметр до 0,8 м, а сваи-оболочки—-от 1 до 3 м, поэтому они обладают большой несущей способностью и используются не только в свайном фундаменте, но и как самостоятельные одиночные фундаменты.
Тонкостенные железобетонные оболочки погружаются с помощью вибраторов с полным удалением грунта из внутренней полости. Для уменьшения массы и облегчения погружения толщина их стенок принимается минимальной, обеспечивающей прочность конструкции на период опускания. После погружения оболочки стенки ее усиливают, и для увеличения лобового сопротивления
полнительным армированием. По условиям устройства фундамента эти оболочки часто называют опускными колодцами вынужденного погружения.
Тонкостенные оболочки не стандартизированы, но в отдельных ведомствах разработаны нормативы на оболочки диаметрами 2—3 м и более.
Благодаря высокой несущей способности тонкостенные оболочки применяются в основном для крупных инженерных сооружений с большими нагрузками. В промышленном и гражданском строительстве они применяются редко.
Стандартные железобетонные свая квадратного сечения (рис. VIII.2) по ГОСТ 19804—74 выпускаются следующих типов и марок:
Рис. VIII.2. Забивные железобетонные сваи квадратного сечения
а — сплошного сечения; б — с круглой полостью; 1 — подъемные петли; 2 — штыри для фиксации места строповки при подъеме иа копер
низ бетонируют иногда с до
130
Марка
Сплошные сваи с поперечным армированием ствола:
с ненапрягаемой стержневой арматурой .... С
с напрягаемой стержневой арматурой .... СН
с напрягаемой проволочной арматурой ....	СНпр
с напрягаемой прядевой арматурой............. СНп
Сплошные сваи с арматурой, располагаемой в центре сечеиия:
с напрягаемой стержневой арматурой .... СЦ
с напрягаемой проволочной арматурой ....	СЦпр
с напрягаемой прядевой арматурой............. СЦп
Сваи с круглой полостью:
с ненапрягаемой стержневой арматурой . . . СП
с напрягаемой проволочной арматурой .... СПН
Основные размеры и масса
VIII.1. Сваи длиной от 3 до 6
этих свай приведены в табл, м изготовляются с интервалом
Таблица VIII.1. Основные размеры и масса железобетонных свай квадратного сечения (ГОСТ 19804—74)
Марка	Сторона поперечного сечения Ь, мм	Длина, мм		Диаметр полости •1, ММ;	Масса, т	
		приз матической части L	острия 1		1 м сваи	острия
	200	3000—6000	150	—	0,1	0,01
	250	4500—6000	250	—	0,16	0,03
С	300	3000—12000	250	—	0,22	0,05
	350	8000—16000	300	—	0,3	0,06 -
	400	18000—16000	350	—	0,4	0,08
	300	9000—15000	250	—	0,22	0,04
СН	350	110000—20000	300	—	0,3	0,06
	400	18000—20 000	350	—	0,4	0,08
	200	3000—6000	150			0,1	0,01
	250	4500—6000	250	—	0,16	0,03
СНпр	300	3000—15000	250	—	0,22	0,04
	350	8000—20000	300	—	0,3	0,06
	400	130001—20000	350	—	0,4	0,08
	300	11000—15000	250	—	0,22	0,04
СНп	350	10000—20000	300	—	0,3	0,06
	400	1'3000—20 000	350	—	0,4	0,08
СЦ, СЦпр	250	4500—6000	250	—	0,16	0,03
и СЦп	300	3000—12 000	250	—	0,32	0,04
	250	3000—8000	- ...	по	0,07		
СП и СПН	300	3000—8000	—	160	0,1	—
	400	3000—8000	—	275	0,21	—
5* (0,5) Зак 274
131
через 0,5 и, а от 6 до 20 м — с интервалом через 1 м. За длину сваи принимают ее призматическую часть без острия.
При маркировке свай буквенные обозначения дополняют указанием длины ее призматической части в метрах, размера стороны в сантиметрах и номера ГОСТа. Так, например, сплошная свая с поперечным армированием ствола и с нена-прягаемой стержневой арматурой, длиной 4,5 м и сечением 30X30 см обозначается С4,5—30, ГОСТ 19804—74. Эти сваи могут применяться для всех зданий и сооружений, но с учетом грунтовых условий.
Сваи марки СЦ, СЦпр, СЦп рекомендуется применять при прорезке ими песков средней плотности и рыхлых, а также всех глинистых грунтов, кроме супесей твердых, суглинков и глин полутвердых и твердых. Сваи не должны выступать над поверхностью более чем на 2 м. Применяются они только при центральном сжатии.
Сваи марок CH, СНпр, СНп, С рекомендуется применять при прорезке любых сжимаемых грунтов, кроме твердых глинистых, насыпных и естественных с твердыми включениями. Они могут воспринимать центрально и внецентренно приложенные вертикальные вдавливающие, выдергивающие и горизонтальные нагрузки.
Расход стали в сваях марок СЦ, СЦпр, и СЦп снижен до 40% по сравнению со сваями марок СН, СНпр, СНп и до 70% по сравнению со сваями типа С, а в сваях марок СН, СНпр и СНп—до 50% по сравнению со сваями марки С.
Сваи с круглой полостью типа СП и СПН допускается применять в тех же случаях, что и сваи типов СЦ, СЦпр, СЦп, На изготовление этих свай расходуется меньше бетона на 20% по 'Сравнению со сплошными сваями и стали иа 15% по сравнению со сваями с поперечным армированием.
В целях исключения перенапряжения в сечениях свай при транспортировании и подаче на копер места строповки в них фиксированы специальными петлями и стержнями. Расстояние от подъемных петель до концов сваи А—0,2 L (см. рис. VIII.2), а от штыря для строповки до конца сваи при длине до 8 м включительно /2=0,3L, для более длинных свай = 0,3 1 —0,1м.
Стандартные железобетонные сваи полые круглые и сваи-оболочки (рис. VIII.3) изготовляют цельными и составными. Составные сваривают или собирают на болтах из отдельных секций, снабженных закладными стыковыми элементами.
Полые круглые сваи по ГОСТ 17382—72 имеют длину от 4 до 12 м с интервалом через 1 м (составные секции — через 2 м) и диаметры 0,4; 0,5; 0,6 и 0,8 м. Сваи могут быть с закрытым и открытым нижним концом (с наконечником и без него). Основные размеры и масса свай приведены в табл. VIII.2.
«32
Максимальная длина составных свай не должна превышать: для Z) = 0,4 м — 26 м; для .0 = 0,5 м — 30 м; для О = = 0,6 м —40 м и для 0 = 0,8 м — 48 м.
Таблица VIII.2. Основные размеры и масса железобетонных полых круглых цельных и составных свай (ГОСТ 17382—72)
Марка	Размеры, мм				Масса 1 м сваи, т
	длина		наружный диаметр D	толщина стен С	
	свай	наконечника			
СК4-40— СК12-40	41000—1,2 00 0	400	400	80	0,2
СК4-5О— OKI 2-50	4000—1,2 000	500	500	80	0,26
СК4-60— СК 12.-60	4000—1,2 000	600	600	100	0,39
СК4-80— СК12-8О	4000-12000	800	800	100	0,55
Рис. VI1I.3. Сваи полые круглые и сваи-оболочки железобетонные
а — свая с наконечником; б — свая без наконечника и свая-оболочка
Круглые сваи маркируются заглавными буквами СК с цифрами, указывающими их длину в метрах и наружный диаметр в сантиметрах; к марке секций добавляются строчные буквы — при сварном стыке «св» и болтовом «б». Для свай с наконечником в конце маркировки добавляется буква Н. Например, марка СК8—50Н обозначает полую круглую сваю длиной 8 м, диаметром 0,5 м с наконечником, а марка СК8—50св — секцию составной сваи тех же размеров со сварным стыком.
Сваи-оболочки цельные и их отдельные секции по ГОСТ 17382—72 диаметрами 1; 1,2; 1,6 м имеют длину от 6 до 12 м, диаметрами 2 и 3 м — от 6 до 8 м. Сваи-оболочки цельные изготовляются с интервалом по длине через 1 м, а секции — через 2 м. Толщина стенок цельных свай и их секций 12 см (табл. VIII.3).
Маркировка цельных свай-оболочек и секций такая же, как круглых свай. Так, марка С012-.1006 обозначает сваи-оболочки длиной 12 м, диаметром 100 см с болтовым стыком.
Максимальная длина составных свай-оболочек независимо от их диаметра не должна превышать 48 м.
5 Зак. 274
133
Таблица VIII.3. Основные размеры и масса свай-оболочек цельных и отдельных секций (ГОСТ 17382—72)
Марка	Размеры, мм			Масса 1 м сваи, т
	длина L	наружный диаметр D	толщина стен 6	
СО6-100—СО 12-100	6000—12000	кюо	120	0,83
СО6-120— СО 1.2-120	6000^-12 000	1200	1.20	1
СО6-160— СО12-160	60001—12 000	1600	120	1,4
С06-200— С08-200	6000—8000	2000	1,20	1,9
С06-300—СО8-ЗС0	6000—8000	3000	120	3
§ 38. Набивные сваи и глубокие опоры
Различные системы набивных свай и глубоких опор отличаются особенностями устройства в грунте полостей и технологией формирования ствола. Они могут изготовляться в оболочках, извлекаемых из грунта; в оболочках, оставляемых в грунте, а также и без оболочек.
Условия работы сваи и опор в грунте практически одинаковые. Обычно к сваям относят элементы диаметром до 0,8 м, для изготовления которых требуется сравнительно простое оборудование; к опорам — элементы с большим диаметром, для изготовления которых требуется более сложное и иногда специальное оборудование.
В нашей строительной практике применяются следующие виды набивных свай с извлекаемой оболочкой.
Сваи Страуса — формируются в пробуренных и закрепленных обсадными металлическими трубами скважинах диаметром до 0,4 м и глубиной 6—12 м. Скважину заполняют бетоном слоями до 1 м и, уплотняя бетон, постепенно извлекают трубу. Эти сваи применяют для усиления существующих фундаментов, реконструкции зданий и сооружений, а также в тех случаях, когда недопустимы сотрясения, возникающие при других способах погружения свай.
Частотрамбованные сваи — формируются в инвентарных металлических оболочках со свободным наконечником, который остается после извлечения оболочки в грунте. Для погружения оболочки в грунт применяются вибраторы или свайные молоты, которые имеют приспособление и для извлечения оболочек. На проектной отметке полость заполняют бетоном и оболочки постепенно извлекают при включенном вибраторе или молоте. При вибрации и ударах молота уплотня
134
ется поступающий бетон и окружающий грунт. Сваи изготовляются диаметром до 0,4 м и длиной 6—12 м.
Сваи Франки — изготовляются в инвентарных толстых металлических трубах, в которых из жесткого бетона создают пробку высотой 0,8—1 м, и вместе с ней трубу забивают, как обычную сваю. На проектной отметке бетонную пробку выбивают специальным молотом, несколько уширяя пяту. Затем в трубу отдельными порциями подают бетон и тем же молотом выбивают его в грунт, одновременно поднимая оболочку. В результате формируется свая с гофрированной поверхностью (рис. VIII.4).
Эти сваи могут применяться в любых грунтах, позволяющих забить трубу с закрытым нижним концом.
Буронабивные сваи и опоры — изготовляются из литого бетона с помощью перемещаемой в скважине вертикальной трубы. Скважины в устойчивых грунтах проходятся без обсадки, а в неустойчивых — под защитой глинистого раствора. В последнем случае бетон, поступающий снизу, вытесняет раствор и формирует сваю.
Благодаря большой объемной массе специального глинистого раствора (у= 1,1-4-1,3 т/м3 и более) в скважине на любой глубине создается избыточное давление, которое удерживает стенки от обрушения. Кроме того, происходит кольмата-цня (отложение и частичное проникание глинистых частиц) и образуется тонкая корка, также способствующая устойчивости стенок.
Буронабивные сваи и опоры можно применять во всех грунтах, где возможно бурение, за исключением глинистых грунтов текучей консистенции, торфов и илрв. При формировании буронабивных свай и опор исключается вибрация, поэтому их можно устраивать около зданий и объектов, для которых сотрясения опасны или нежелательны.
Несущую способность буронабивных свай и опор можно повысить за счет уширения пяты.
5* Зак. 274
135
Изготовление буронабивных бетонных опор глубокого заложения в извлекаемых оболочках требует особой технологии и мощных механизмов для погружения и извлечения оболочек.
Ряд организаций на базе существующего бурового оборудования создали установки, позволяющие бурить скважины и формировать в них опоры диаметром до 5 м.
Комбинированные сваи и опоры формируются нз бетона в погруженных любым способом стальных, иногда обсадных буровых трубах, в железобетонных сваях-оболочках и тонкостенных оболочках. Они имеют по всей длине цилиндрическую форму, при необходимости для увеличения несущей способности на конце сваи устраивают уширение (рис. VIII.5).
Низ полости оболочки погружают до прочных пород, и ствол бетонируют. Уширение на конце сваи или оболочки создается разбуриванием специальными механизмами или камуфлетными взрывами. Сваи и оболочки с уширенными пятами имеют большую несущую способность и применяются преимущественно в крупных транспортных и гидротехнических сооружениях.
Буровые опоры, применяемые в промышленном и гражданском строительстве, имеют небольшой диаметр ' и рассчитываются как набивные сваи.
Винтовые сваи. Уширенная пята в стальных и железобетонных тонкостенных оболочках может быть выполнена в виде винтовой лопасти и наконечника. Такие сваи погружаются в грунт специальными механизмами (кабестанами) плавно, без сотрясений. После погружения ствол сваи может быть забетонирован для его усиления. Эти сваи могут применяться в любых грунтах, допускающих завинчивание, кроме глинистых грунтов текучей консистенции, илов, заторфованных грунтов и торфов. Особенно их рекомендуют в качестве анкерных свай.
Для устройства буронабивных свай используются и специальные зарубежные агрегаты.
В установке французской фирмы «Беното» бурение скважины, погружение обсадной трубы и заполнение ее бетоном производят специальным передвижным станком. С помощью этой установки можно изготовить сваю диаметром от 0,4 до 1,5 м и глубиной до 100 м. Установка имеет приспособление, позволяющее разбуривать полость для уширенной пяты.
Установка японской фирмы «Като» для бурения скважин позволяет применять два способа крепления стенок: инвентарными секциями обсадных труб и глинистым раствором. Первый способ является основным, второй требует большого количества раствора, дополнительного оборудования и трудовых затрат. С помощью этой установки можно изготовить опоры диаметром от 0,6 до 2 м и глубиной до 60 м.
136
Глава IX. НЕСУЩАЯ СПОСОБНОСТЬ ОДИНОЧНОЙ СВАИ, ГРУППЫ СВАИ И СВАЙ В ФУНДАМЕНТЕ
§ 39. Условия передачи различными сваями нагрузок на грунты основания
Существующие методы расчета и расчетные схемы свай и свайных фундаментов базируются на анализе опытных данных, наблюдениях за возведенными и существующими фундаментами, логических предпосылках и построениях.
Свайный фундамент (ростверк — сваи — грунт в межсвайном пространстве) рассматривают как массивную конструкцию, в которой весь фундамент и входящие в него элементы должны быть равнопрочными.
Несущая способность свайных фундаментов и глубоких опор определяется сопротивлением грунтов под нижним концом (лобовым сопротивлением) и трением по боковой поверхности Rf.
® = RS+Rf.
(IX.l)
Развитие сил трения зависит от величины упругого перемещения конструкции вместе с окружающим грунтом, а перемещение— от сжимаемости грунтов, залегающих под концом сваи. На трение приходится тем большая часть нагрузки, чем податливее грунты под сваей. Сопротивление трению не может быть больше величины, при которой происходит «срыв сил трения» и конструкция продавливается в грунте. Поэтому при пересечении слабых грунтов торец сваи воспринимает большую, а при пересечении плотных грунтов — меньшую на-
грузку.
В предыдущей главе отмечалось, что в определении несущей способности свай, свай-оболочек и глубоких опор, применяемых
в промышленном и гражданском строительстве, нет существенной разницы. Поэтому в дальнейшем, где не требуется специальных оговорок, для всех этих конструкций применяется один термин — свая.
Сваи по условиям работы в грунте делятся на сваи-стойки и висячие сваи (рис. IX.I).
Сваи-стойки передают нагрузку на практически несжимаемые породы (скальные и по-лускальные породы, сланцы, мергели, очень плотные глины). Их вертикальные перемещения ничтожны, силы трения не получают должного развития и не учитываются. Несу-
Рис. IX. 1. Схема передачи нагрузки на грунт висячими сваями

£
137
щая способность таких свай зависит от сопротивления грунтов, залегающих под нижним концом свай: Ф=/?8.
Висячие сваи (сваи трения) погружаются до сжимаемых грунтов и передают нагрузку на грунт за счет их трения по боковой поверхности Rj и сопротивления под нижним концом Rs, но в итоге, как показано ниже, вся нагрузка передается на грунты, залегающие ниже сваи, и осадка фундамента зависит от свойств этих грунтов. Поэтому висячие сваи во избежание больших осадок следует погружать до сравнительно мало сжимаемых грунтов, например до грунтов, которые можно использовать для естественных оснований.
Глубокие опоры имеют большое поперечное сечение. Из условия их равнопрочности по материалу и грунту они погружаются до прочных пород, и вся нагрузка у них, особенно у опор с уширенной пятой, передается через нижний торец (Ф=|/?6).
Несущая способность свай во многом зависит от условий погружения. В процессе погружения изменяется естественная структура,' сложение грунта и прочность его может увеличиться или уменьшиться. Например, при забивке сплошных и полых свай с закрытым концом или с грунтом во внутренней полости окружающий их грунт уплотняется, под сваей образуется уплотненное ядро, благодаря чему увеличиваются силы трения грунта по боковой поверхности и сопротивление под нижним концом сваи. Последнее будет тем больше, чем лучше добита свая.
При вибропогружении сваи в песках они уплотняются, увеличивая ее несущую способность. При вибропогружении в глинах под концом сваи образуется зона перемятого грунта, прочность которого до пуска сооружения в эксплуатацию не восстанавливается. Для увеличения несущей способности сваи ее рекомендуют добивать молотами.
Полые сваи, погружаемые с удалением грунта из внутренней полости, обладают меньшей несущей способностью по сравнению со сваями, погружаемыми с грунтом, который заменяет наконечник.
Несущая способность буронабивных свай зависит от свойств грунта, которые он приобретает при устройстве полости и формировании ствола. Например, несущая способность частотрам-бованных свай с наконечником и свай Франки с бетонной пробкой близка к несущей способности забивных сплошных свай, а несущая способность свай Страуса заметно ниже несущей способности забивных свай, поскольку при внедрении рабочих инструментов в грунт происходит его частичное разрушение. В буронабивных сваях, формируемых под глинистым раствором, силы трения по боковой поверхности снижаются, кроме того, и за счет наличия глиняной пленки между грунтом и телом сваи.
138
§ 40. Условия работы одиночной сваи и группы висячих свай
В расчетной схеме висячих свай принимается, что силы трения, воспринимая нагрузку на каком-либо участке ствола сваи, передают ее на залегающие ниже слои грунта. По высоте они последовательно суммируются и вместе с усилием, которое воспринимает торец сваи, передаются на грунты, находящиеся в плоскости ее острия. В этой схеме предполагается, что вокруг сваи образуется напряженный массив грунта, ограниченный с боков усеченным конусом или пирамидой, а снизу выпуклой криволинейной поверхностью (рис. IX.2).
Рис. IX.2. Схема передачи суммарной нагрузки на плоскость нижнего конца сван за счет снл трения грунта по боковой ее поверхности и сопротивления грунта под сваей
В расчетах давление рср в плоскости острия свай принимают равномерно распределенным, а площадь эпюры реактивных давлений принимают в предположении, что силы трения передаются на плоскость острия свай под углом аср, равным:
«ср
Фп	1
Ср _____
4	4
Фп 1 4 + Фп 2 + •  • + *₽II i
11 + ^2 + - •  + 4'
(IX.2)
где <рпср — осредненное значение угла внутреннего трения грунтов, которые проходит свая; <рщ и h — соответственно углы внутреннего трения и толщины слоев этих грунтов.
Несущая способность одиночной сваи отличается от несущей способности сваи, находящейся в группе свай или входящей в свайный фундамент. Объясняется это тем, что в процессе погружения забивных свай в грунте образуется четыре деформированные зоны: первая толщиной 3—10 мм представляет собой рубашку из весьма плотного грунта; вторая толщиной до трех диаметров ствола — с наиболее нарушенным грунтом около контакта с первой зоной; третья в пределах 5—6 диаметров ствола сваи — с небольшим нарушением свойств грунта; четвертая толщиной 8—12 диаметров ствола сваи—с незначительным нарушением структуры грунта. На работу одиночной сваи практически влияет грунт трех зон, составляющих по толщине 5—6 диаметров ствола сван. Когда расстояние между сваями с^2г.
139
эпюры давлений в плоскости острия свай, входящих в фундамент, не пересекаются (рис. 1Х.З,а), несущая способность каждой сваи используется полностью. При расстоянии между сваями с<2г эпюры внизу пересекаются (рис. 1Х.З,б), и несущая способность каждой сваи уменьшается с их сближением.
Рис. IX.3. Схема передачи давления на грунты, расположенные ниже острия сван, в зависимости от расстояния между ними
Опытами, проведенными В. Н. Голубковым при нагружении в одинаковых грунтовых условиях одиночных и групп свай, было установлено, что свая, расположенная внутри группы свай, имеет большую несущую способность по сравнению с одиночной за счет повышения сил трения грунта, уплотненного соседними сваями, и частичной передачи на них нагрузки.
В свайном фундаменте сваи, ростверк и грунт работают и дают осадку как одно целое. Трение грунта развивается по общему периметру всего массива, который меньше суммы периметров входящих в него свай, поэтому каждая свая в нем воспринимает меньшую нагрузку, чем одиночная свая.
По условиям работы целесообразно расстояние между сваями принимать с^2г, тогда каждая свая будет работать как одиночная и воспринимать наибольшую нагрузку. Однако с увеличением расстояний между сваями приходится увеличивать жесткость и площадь ростверка, что для многих конструкций нерационально и невыполнимо из-за стесненных габаритов. Обычно ростверк проектируют компактным, заведомо не используя полную несущую способность свай и принимая расстояние между ними, равное 3—6 сторонам квадратной сваи или диаметр круглой сваи. При этом расстоянии сваи работают совместно.
Несущую способность одиночной сваи определяют из условий работы ее материала и грунта.
Несущую способность сваи по грунту определяют несколькими способами: по формулам, по данным испытаний статиче
140
ской нагрузкой, по данным испытаний динамической нагрузкой (по сопротивлению ее погружению).
Сваи и свайные фундаменты по несущей способности рассчитываются из следующего условия: допустимая расчетная нагрузка на сваю Р должна быть меньше расчетной несущей способности сваи Ф. При расчете сваи по грунту величину Ф делят на коэффициент надежности.
Р = ФМ„.
В дальнейшем изложении Ф называется несущей способностью сваи и Р — расчетной нагрузкой на сваю (в СНиП П-Б.5-67* и ранее изданных книгах Р называлось несущей способностью сваи).
§41. Расчетная нагрузка сваи по материалу
Расчетная нагрузка сваи по материалу в идеальном случае должна быть равна расчетной нагрузке ее по грунту. Указанное условие трудновыполнимо, и при проектировании принимают меньшее из этих значений.
Сопротивление сваи по материалу определяется как сопротивление элемента, работающего на сжатие, без учета продольного изгиба. Для большинства стандартных висячих свай сопротивление сваи по материалу больше несущей способности ее по грунту, исключение составляют длинные сваи, сваи-оболочки и оболочки, а также сваи-стойки.
Расчетная нагрузка, допускаемая на сваю, МН, работающую на сжатие по материалу, определяется по формулам:
для деревянной сваи
P=kmFR^	(IX.3)
где F — площадь поперечного сечения ствола сваи, м2; RCw — расчетное сопротивление древесины сжатию вдоль волокон, МПа; А — коэффициент однородности материала, принимается равным 0,9; т — коэффициент условий работы, принимается равным 0,7;
для железобетонной сваи
Р = щ	+ да) ,	(IX.4)
где F— площадь поперечного сечения ствола сваи, м2; Ron —расчетное сопро-счетное сопротивление арматуры, МПа; Ff, — площадь поперечного сечения ствола (для пустотелых свай — нетто), м2; Fa — площадь поперечного сечения арматуры, м2; тц — коэффициент условий работы бетона, принимаемый для свай сечением 30X30 см и более равным 1, для свай меньшего сечения — 0,85; т — коэффициент условий работы, принимаемый для набивных свай равным 0,6, для остальных — 1;
для железобетонных трубчатых свай и свай-оболочек со спиральной арматурой
P = m (7?npf6 + ^Fa + 2,5Ra.o Fa c) ,	(1Х.5)
141
где Fg —площадь поперечного сечения (нетто); /?а.с— расчетное сопротивление спиральной арматуры, МПа; Fa.c— площадь поперечного сечения спиральной арматуры, мг;
F а.с =.31DC)а.с/А
здесь Dc — диаметр спирали, м; t — шаг спирали, м; fa.с — расчетное сопротивление спиральной арматуры, МПа.
§ 42. Расчетная нагрузка свай-стоек по грунту
Расчетная нагрузка на забивные и набивные сваи-стойки, погруженные до практически несжимаемых пород, определяется по формуле
Ф т
Р==	RF>	(IX.6)
где R — расчетное давление на грунт под концом свай, МПа; F — площадь опирания сваи-стойки на грунт, м2; kH — 1коэффициент надежности; Лн=1,4; т — коэффициент условий работы; т=|1.
Для квадратных свай с круглой полостью, полых круглых и свай-оболочек при заполненной бетоном полости на высоту не менее трех диаметров сваи принимается площадь F всего сечения (брутто), в остальных случаях — площадь нетто.
Расчетное сопротивление грунта назначается: для забивных свай, опирающихся на скальные породы, крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем и глинистые грунты твердой консистенции, Д—20 МПа; для свай-оболочек, опирающихся на неразрушенные скальные породы, R = RCK. Для свай-оболочек и набивных свай, заделанных в скальные породы не менее чем на 0,5 м и заполненных бетоном, расчетное сопротивление определяется по формуле
рн
*'СЖ
/?= —г— (Лз/Пз+1.5),	(IX.7)
яг
где — нормативное значение временного сопротивления образцов скальной породы сжатию в естественном состоянии, МПа; ha — расчетная глубина заделки сваи в скалу, м; Da — наружный диаметр части сваи, заделанной в скалу, м; kr — коэффициент безопасности по грунту; /гг='1,4.
В остальных случаях расчетное сопротивление назначается в индивидуальном порядке с проведением необходимых испытаний статической нагрузкой.
Пример IX.1. Определить расчетную шагрузку, допустимую по грунту на набивную сваю диаметром 0,6 м, заделанную в скалу на 0,8 м. Нормативное сопротивление образца скальной породы одноосному сжатию 5,2 МПа.
Решение. Расчетное сопротивление скалы определяем по формуле (IX.7):
5,2
/? = — (0,8/0,6-f-1,5) = 10,1 МПа.
142
Расчетную нагрузку на сваю определяем по формуле (IX.6):
1	3,14-0,62
— 10,1  - - = 2,03 МН. 1,4	4
Пример 1Х.2. Определить расчетную нагрузку, допустимую на стандартную железобетонную сваю-оболочку СО7-Г00 (ГОСТ 17382—72), опирающуюся на неразрушенную скалу, расчетное сопротивление сжатию которой R=30 МПа.
Решение. Длина сваи 7 м, наружный диаметр D—1 м, внутренний диаметр Д=0,76 м. Расчетную нагрузку, допустимую на сваю, определяем по формуле (IX.6). В расчете принята площадь сечения сваи-оболочки нетто, /и=4 и £и = 1,4;
1	3 14
Р == — 30—- (I2 — 0,762) = 7,06 МН.
1,4	4
§ 43.	Расчетная нагрузка висячей сваи по грунту
Расчетная нагрузка, допустимая на одиночную висячую сваю по грунту, работающую на осевое сжатие, определяется по формуле, в которой учитываются особенности работы сваи введением коэффициентов т, Jir, mR и тр
(п	\
5^1	1
mRRF + U У mf-lik],	(IX.8)
z=i	)
где F-—площадь поперечного сечения сваи, включаемая в расчет, м2; U — периметр поперечного сечения готовой сваи, скважины или обсадной трубы набивной сваи, м; R— расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, МПа; I, —длина i-ro слоя, на котором учитываются силы трения, м; /7 — расчетное сопротивление i-ro слоя грунта по боковой поверхности сваи, МПа; т — коэффициент условий работы сваи (при опирании набивных свай и свай-оболочек на покровные глинистые грунты со степенью влажности G>0,85, /и =0,85, в остальных случаях m=il); kH— коэффициент надежности, Лн=1,4; тя — коэффициент условий работы грунта под острием сваи; inf — коэффициент условий работы грунта по 'боковой поверхности сваи.
Для свай забивных сплошного квадратного сечения и квадратного сечения с круглой полостью, свай и свай-оболочек, погружаемых с закрытым концом, и набивных свай в формуле (IX.8) принимается полная площадь поперечного сечения ^брутто; для свай и свай-оболочек, не заполненных бетоном, — Fнетто; для свай и свай-оболочек с полостью, заполненной бетоном на высоту не менее трех их диаметров, — /“брутто-
Для свай с уширенной пятой в формуле (IX.8) F принимается равной площади уширения, если уширение меньше основания условного конуса, по которому распределяется нагрузка от сил трения по боковой поверхности Jcm. рис. VIII.5), или площади условного конуса, если уширение сваи больше его расчетного диаметра. Расчетный диаметр конуса в этом случае принимается в месте пересечения его образующей с нижней поверхностью уширения.
143
Расчетная длина сваи 1Р, по которой учитываются силы трения грунта f, принимается равной расстоянию от низа ростверка до нижнего конца сваи, не считая заострения или наконечника. Если под ростверком залегают слабые грунты, то расчетная длина сваи принимается с первого несущего слоя.
Расчетная длина сваи с уширением принимается от верхнего слоя грунта, который включается в работу на трение, до места пересечения ствола сваи с поверхностью условного конуса (см. рис. VIII.5).
Величины сопротивления грунтов под нижним концом сваи R и по ее боковой поверхности f назначают по табл. IX. 1 и IX.2 или по результатам испытаний пробной статической нагрузкой предварительно забитых обычных или специальных инвентарных свай.
Таблица IX. 1. Расчетное сопротивление грунта под нижннм концом забивных свай
Глубина забивки	Расчетное сопротивление песчаных грунтов средней плотности						
	гравелистые	крупные	—	средней крупности	мелкие	пылеватые	—
сваи, м		и глинистых грунтов консистенцией /£				МПа	
	0	0.1	0,2	0.3	0.4	0,5	0,6
3	7,5	6,6/4	3	3,1/2	2/1,2	1,1	0,6
4	8,3	6,8/5,1	3,8	3,2/2,5	2,1/1,6	1,25	0,7
5	8,8	7/6,2	4	3,4/2,8	2,2/2	1,3	0,8
7	9,7	7,3/6,9	4,3	3,7/3,3	2,4/2,2	1,4	0,85
10	10,5	7,7/7,3	5	4/3*$	2,6/2,4	1,5	0,9
15	Н.7	8,2/7,5	5,6	4,4/4	2,9	1,65	1
20	12,6	8,5	6,2	4,8/4,5	3,2	1,8	1,1
25	13,4	9	6,8	5,2	3,5	1,95	1,2
30	14,2	9,5	7,4	5,6	3,8	2,1	1,3
35	15	10	8	6	4,1	2,25	1,4
Примечания: 1. Значения, указанные перед чертой, относятся к пескам; за чертой — к глинистым грунтам.
2.	Для плотных песков, степень плотности которых определена по материалам статического зондирования, для свай, погруженных без использования подмыва или лидерных скважин, значение R следует увеличивать на 100%. Прн определении степени плотности по материалам других видов инженерных изысканий и отсутствии данных статического зондирования значение Л следует увеличивать на 60%. Во всех случаях значение R должно быть не более 20 МПа.
3.	Для промежуточных глубин забивкн свай н консистенций глинистых грунтов значение R определяется интерполяцией.
4.	Несущая способность свай, опирающихся на рыхлые песчаные грунты и глинистые грунты консистенцией /^>1. определяется по результатам их испытаний в этих грунтах.
5.	Табличные значения можно использовать прн заглублении свай в несрезаемый грунт не меиее чем на 3 м.
6.	Глубину острия сваи I п и среднюю глубину слоя грунта £/ (рис. IX.5) принимают:
а)	при планировке террнгорий срезкой, подсыпкой, намывом до 3 м — от природной отметки земли;
б)	при планировке подсыпкой или намывом более 3 м — от условной отметки на 3 м выше природного рельефа;
в)	при планировке срезкой более 3 м — от условной отметки на 3 м выше отметки срезкой.
144
Таблица IX.2. Расчетное сопротивление грунта по боковой поверхности забивной сваи
Расстояние от расчетной поверхности грунта до середины рассматриваемого слоя, м	Расчетное сопротивление песчаных грунтов средней плотности								
	крупные и средней крупности	мелкие	пылеватые	—	—	—			
	и глинистых грунтов консистенцией I£» кПа								
	0.2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1
1 2 3 4 5 6 8 10 15 20 25 30 35	35 42 48 53 56 58 62 65 72 79 86 93 100	23 30 35 38 40 42 44 46 51 56 61 66 70	15 21 25 27 29 31 33 34 38 41 44 47 50	12 17 20 22 24 25 26 27 28 30 32 34 36	8 12 14 16 17 18 19 19 20 20 20 21 22	4 7 8 9 10 10 10 10 11 12 12 12 13	4 5 7 8 8 8 8 8 8 8 8 9 9	3 4 6 7 7 7 7 7 7 7 7 8 8	2 4 5 5 6 6 6 6 6 6 6 7 7
Примечания: 1. Для плотных песков значение f увеличивается иа 30%.
2. Для промежуточных глубин залегания слоев и консистенций глинистых грунтов значение f определяется интерполяцией.
3. При определении величины f пласты грунтов, прорезаемых сваей, делят на слои по 2 м.
4. См. примеч. к табл. IX.1, п. 6.
Принимая значения R и f по таблицам для забивных сплошных, полых свай и свай-оболочек с закрытыми концами или ядром из грунта, погружаемых паровоздушными молотами или ди-зель-молотами, коэффициенты равны: mR—mf=\. Для других свай и способов их погружения они принимаются в пределах 0,7-4-1,2 и m,f=0,5-4-1 и назначаются по СНиП II-17-77.
Прорезанные сваей слабые грунты или неуплотненные насыпные грунты площадки со временем будут уплотняться, давать осадку и за счет трения по боковой поверхности дополнительно ее нагружать. Это явление называют негативным (отрицательным) трением.
Негативное трение рекомендуется учитывать при наличии в пределах длины сваи напластований торфа и в том случае, если на строительной площадке возможна планировка территории подсыпкой или другая эквивалентная подсыпке нагрузка.
При этих условиях сопротивление трению грунта по боковой поверхности сваи принимают: при подсыпках до 2 м — для грунтовой подсыпки и торфа равным нулю, а для минеральных пластов природного грунта равным значениям, приведенным в табл. IX.2 со знаком плюс; при подсыпках от 2 до 5 м — для грунтов, включая подсыпку, 0,4 значений, ука-
145
занных в табл. IX.2, взятых со знаком минус, а для торфа равным минус 5 МПа; при подсыпках более 5 м — для грунтов, включая подсыпку, равным значениям, указанным в табл. IX.2, взятым со знаком минус, а для торфа равным минус 5 МПа.
Пример 1Х.З. Определить расчетную нагрузку, допустимую по грунту на железобетонную сваю С7-30 (ГОСТ 19804—74), забитую дизель-молотом со дна котлована (/1=1,4 м) на глубину /=6,5 м. С отметки дна котлована залегает суглинок .тугопластичный (7ь=0,5) мощностью 2 м, ниже —суглинок тугопластичный (II —0,3) мощностью 3,1 м, подстилаемый слоем глины полутвердой (/х = 0,2), разведанная толщина которого 7 м (рнс. IX.4).
Рис. IX.4. Расчетная схема к примеру IX.3
1 — суглинок, =0,5;	2 — суглинок,
—0,3; 3 — глина, I. =0,2; г. —
L	L	t
средняя глубина слоя грунта, для которого определяется сила трения по боковой поверхности; I — толщина этого слоя; Zn—полная глубина погружения нижнего конца сван
Решение. Площадь поперечного сечения сваи Г=0,09 м2, периметр U--=il,2 м, глубина погружения нижнего конца сваи от поверхности грунта /п=,1,4+6,5+0,25=8,16 м.
Расчетное сопротивление грунта под концом сваи на глубине 8.15 м по табл. IX.4 около 4,5 МПа.
Для определения по табл. IX.2 расчетной силы трения по боковой поверхности сваи каждый пласт грунта делим .на слой высотой .не более 2 м.
Сопротивление трению слоя суглинка консистенцией /г,=0,5 на глубине Z|=,l ,4+2/2=2,4 м будет /1=0,182 МПа.
Пласт суглинка тугопластичного разбиваем на два слоя толщиной 2 и 1,1 м. Сопротивление трению в нем на глубине z2 = 1,4 + 2 + 2/2 = 4,4 м
/2 = 0,0388, МПа, а на глубине z3 = 4,4 + 1 + 1,1/2 = 5,95 м /3 = 0,042 МПа.
Сопротивление трению слоя глины полутвердой консистенции (/г =0 2) на глубине z4 = 5,95 + 0,55 + 1,4/2 = 7,2 м
ft = 0,0603 МПа.
По формуле (IX.8) находим расчетную нагрузку на сваю;
Р = р4 [4,5-0,09+ 1,2 (2-0,0182 + 2-0,0388+ 1,1-0,042 +
+ 1,4-0,0603)] =0,49 МН.
Пример IX.4. Определить расчетную нагрузку, допустимую на полую круглую стандартную сваю СК 12-50 (ГОСТ 17382—72) диаметром О= =500 мм, длиной -12 м, погруженную при открытом нижнем конце дизель-146
молотом. Данные о грунтах и деление их на отдельные пласты приведены на рис. IX.5.
Решение. Площадь сваи
Периметр сваи U—3,14-0,5=11,57 м.
Рис. IX.5. Расчетная схема к примеру IX.4
I — суглинок, I L =0,4;	2 — суглинок,
I =0,55; 3 — песок средней крупности, средней плотности
Сопротивление грунтов под нижним концом сваи /?=4,11 МПа; сопротивление по боковой поверхности сваи: ft — =0,015 МПа, fc=0,0238 МПа, fa= = 0,0196 МПа, f4=0,0217 МПа, fs= = 0,0225 МПа, f6=0,0229 МПа, f7= = 0,066 МПа.
Рис. IX.6. Расчетная схема к примеру IX.5
1 — суглинок, I д =0,5;	2 — глина,
/д=0,5; 3 — песок средней крупности, средней плотности
Расчетную нагрузку, допустимую на сваю, определяем по формуле (1Х.8) при mR=mf—l:
Р = — [4,11 -0,196 + 1,57 (0,015-2 4- 0,0238-1,4 + 0,0196-2 4-1 >4
+ 0,0217-2 + 0,0225-1,4 + 0,0229-1,2 + 0,066-1,4)] « 0,8 МН.
Пример IX.5. Определить расчетную нагрузку, допустимую на стандартную железобетонную круглую сваю СК6-60Н (ГОСТ 17382—72). Длина ствола сваи L=6 м; длина наконечника 1=0,6; наружный диаметр 0=0,6 м. Свая погружена в грунт вибратором на глубину 5,4 м (рис. IX.6).
Решение. Расчетную нагрузку на сваю определяем по формуле (IX.8). Расчетные сопротивления грунтов под нижним концом сваи определяем по табл. 1Х.1 и по боковой поверхности по табл. IX.2 с поправочными коэффициентами Шк и т/, принимаемыми по табл. 3 СНиП 11-17-77.
Для песка средней крупности, средней. плотности, залегающего под концом сваи па глубине 7п=5,-1 м, J?=3,12 МПа, Wr=1,2.
Для грунтов, прорезаемых сваей: слой суглинка с /г. = 0,5 на глубине z,=il м, ft =0,012 МПа, т/ = 0,9; слой глины с /х, = 0,5 на глубине z2=2,45 м, )2=0,018 МПа, /п/=0,9; слой песка средней крупности, средней плотности на глубине z3=3,7 ,м, )з=0,052 МПа и т/=1.
147
Площадь рассчитываемой сваи
„ 3.14-0.62 „ „
F —---------= 0,28; периметр сваи U = 3,14-0,6 = 1,88 и.
Расчетная нагрузка, допустимая на сваю:
Р = 77 [3,42-0,28-1,2+ 1,88 (0,9-0,012-2 + 0,9-0,018-0,9 +
+ 1-0,052-1,6)] ~ 0,9 МН.
Расчетная нагрузка, допустимая на сваю и сваю-оболочку на выдергивание, зависит от сил трения грунта по их боковой поверхности, во многом предопределяется условиями погружения и определяется по формуле
1~п
_ ТП	ftl Ж'?
рв _ ф = v у mfi f. lt.	(IX.9)
«г	кг
В этой формуле для свай, погружаемых на глубину менее 4 м, принимают т=0,6 и на глубину 4 м и более — //1 = 0,8, a kr = 1,4 для всех глубин.
Сечения свай и свай-оболочек, работающих на выдергивание, проверяются на растяжение как железобетонные элементы и, кроме того, на заделку в ростверк.
Рис. IX.7. График зависимости осадки от нагрузки
§ 44.	Определение несущей способности свай по данным испытани^,статической нагрузкой
Вычисленные по формулам несущие способности свай могут отличаться от действительных, поэтому непосредственно на строительной площадке производят их испытания пробной статической нагрузкой. По ГОСТ 5686—69 проверке подвергается до 1 % общего числа погружаемых свай, но не менее двух, если их число меньше 100.
Испытание заключается в следующем. К свае заданных размеров, погруженной рекомендуемым в проекте способом с помощью различных устройств (гидравлическими домкратами, платформами с тарированным грузом и пр.), прикладывают нагрузку и замеряют осадки. По результатам испытаний строят по оси абсцисс нагрузку в масш
табе 1 см — 50 кН и по оси ординат осадку в масштабе 1 см — 1 мм (рис. IX.7).
В общем случае эта зависимость изображается в виде плавно нисходящей кривой с тремя участками (кривая 2 на
откладывая
S=
148
рис. IX.7). На первом участке внешняя нагрузка не превышает сопротивление сваи по грунту, происходит упругая осадка сваи совместно с окружающим грунтом. На втором — на отдельных участках силы трения достигают и превышают предельные величины, свая постепенно начинает терять прочность. На третьем — области предельно напряженного состояния достигают полного развития и происходит полный «срыв» сил трения, кривая резко опускается вниз, свая задавливается в грунт, теряет несущую способность. Нагрузку, соответствующую точке пересечения двух секущих к первому и третьему участкам кривой, условно можно принять за предельную несущую способность сваи Фпр.
Кривая 1 на рис. IX.7 .характерна для слабых грунтов, когда уже при незначительных нагрузках постепенно возникает «срыв» сил трения, а кривая 3 — для очень плотных грунтов, когда силы трения не превзойдены.
В расчетах свайных фундаментов по деформациям предельную нагрузку на грунт определяют по величинам осадок. По данным института Фундаментпроект, величина осадки одиночной сваи Д от расчетных нагрузок в 5—10 раз меньше осадки свайного фундамента. Поэтому предельное сопротивление сваи ФПр по графику определяют для предельной осадки проектируемого сооружения SCp.np с учетом коэффициента g (по СНиП В = 0,2), т. е. Д=£ 3Ср.пр.
Для определения предельного сопротивления сваи ФПр величину Д откладывают на оси ординат графика и переносят ее параллельно оси абсцисс на кривую, полученную по данным эксперимента. Из точки пересечения проводят прямую, параллельную оси ординат, до пересечения с осью абсцисс. Нагрузка, соответствующая этой точке, даст искомую величину.
Величину несущей способности сваи определяют из условия
Ф = т Фпр/Лг,
а расчетную нагрузку, допустимую на сваю, — по формуле Ф т
Р=~Г = ТТФ^	(1ХЛ0)
«н кг ки
где т — коэффициент условий работы; m=l; kr— коэффициент безопасности по грунту; по СНиП П-7-77 принимается kr= 14-1,4 (в зависимости от условий проведения и обработки результатов испытаний); kB— коэффициент надежности; £в—1,25.
§ 45.	Определение несущей способности свай по данным испытания динамической нагрузкой
Динамический метод определения несущей способности сваи основан на зависимости между величиной ее погружения и энергией удара молота.
Величину погружения сваи от одного удара молота или от работы вибропогружателя в течение 1 мин в строительной прак
149
тике называют «отказом». Он складывается из остаточной части е и упругой с (упругое опускание сваи вместе с грунтом и упругая деформация сваи).
Уравнение несущей способности сваи из условия сохранения энергии было получено Н. М. Герсевановым и с некоторыми коррективами рекомендуется СНиП для определения несущей способности сван по расчетному отказу, т. е. отказу, при котором свая приобретает заданную несущую способность.
При остаточных отказах е>0,2 см значение предельного сопротивления сваи ФПР определяют из выражения
пРМ фпр=
Эр <2п + е2 (<? + ft) е Qn + Ч + 91
1
Несущая способность сваи
Ф — т Фцр/kj,.
Расчетная формуле
нагрузка, допустимая на сваю, определяется по
р ® т п!*М
_4_ Эр Qn+e2(9 4-91)
V nF е Qn + 9 + 91
(IX.11)
где п — коэффициент, принимаемый: для железобетонных свай с наголовником 1500 кН/m2, для деревянных свай без подбавка 1000 кН/м2, для деревянных с подбабком 800 ikH/im2; F — площадь поперечного сечеиия ствола сваи (независимо от наличия или отсутствия острия), м2; М — коэффициент, принимаемый при забивке свай молотами ударного действия равным 1, а при вибропогружении в зависимости от вида грунта: при гравийном с песчаным заполнителем — 1,3; песках средней плотности, крупных и средней крупности н супесях твердых—1,2; песках мелких средней плотности— 1,1; песках пылеватых средней плотности—1; супесях пластичных, суглинках и глинах твердых — 0,9; суглинках и глинах полутвердых — 0,8; суглинках и глинах тугопластичных — 0,7 (для плотных песков значение коэффициента принимается выше иа 30%); ш—коэффициент условий работы; m=l; kT — коэффициент безопасности по грунту; Лг=1; Ая— коэффициент надежности; А?и=1,4; Эр— расчетная энергия, Дж, удара молота: для молота подвесного нли одиночного действия 10 QH, для трубчатого дизель-молота 9QH; для штангового дизель-молота 4QH; для дизель-молота при контрольной добивке одиночными ударами без подачи топлива 10Q(/7 — /г); нли расчетная энергия, Дж, вибропогружателя: при возмущающей силе вибропогружателя 100 кН — 45; при 200 кН — 90; при 300 кН—130; при 400 кН — 175; прн 500 кН — 220; при 600 кН — 265; при 700 кН — 310; при 800 кН — 350 (Q —масса ударной части молота, т; И — высота падения ударной части молота, м); <2п — полная масса молота или вибропогружателя, т; е — коэффициент восстановления удара: при забивке свай в2=0,2. при вибропогружении е2=0; q — масса сваи и наголовника, т; 91 — масса подбабка, т (при вибропогружении 91 = 0).
Если остаточный отказ е<0,2 см, следует применить молот с большей энергией удара. При отсутствии такого молота на площадке несущую способность сваи определяют при е^0,2 см по другой формуле (см. СНиП Ш-9-74).
Динамические испытания проводятся для свай, забитых в песчаные грунты, не менее чем через 3 сут, а в глинистые не менее чем через 6 сут с момента окончания их забивки.
150
§ 46.	Определение расчетного отказа и выбор оборудования для погружения свай
В проекте свайных фундаментов кроме типа оборудования для погружения свай указывают величину расчетного отказа сваи.
Расчетный отказ сваи вычисляют по формуле (IX.11), записанной в следующем виде:
пРЭр__________Qn + e8 (<? + <7i)
е- kaP / kHP \ Он + <7 + <71	• (IXJ2)
В конце забивки, когда отказ сваи близок к расчетному, его замеряют после каждого удара молота одиночного действия или как среднюю величину от десяти ударов (одного залога) дизель-молота, при вибропогружении — через каждую минуту работы вибропогружателя.
Если остаточный отказ е<0,2 см, общий отказ — остаточный и упругий — определяется по формуле, приведенной в СНиП Ш-9-74.
Формулами (IX.11) и (IX.12) можно пользоваться при правильно подобранном оборудовании для погружения сваи.
Тип молота выбирается исходя из несущей способности и массы сваи. Минимальная его энергия Э, Дж, определяется по формуле
Э=1,75сР,	(IX.13)
где а — коэффициент, равный 250 Дж/кН; Р — несущая способность сваи, принятая в проекте, кН.
Тип молота с расчетной энергией 5Р должен удовлетворять условию
g Qn + (-^(IX. 14)
Коэффициент k для железобетонных свай при трубчатом ди-зель-молоте двойного действия не должен превышать 6, при молоте одиночного действия и штанговом дизель-молоте — 5, при подвесном молоте — 3.
Для дизель-молотов расчетное значение энергии удара, Дж, принимается: для трубчатых 3P=9Q#, для штанговых Эр= =4QZf. Высота падения ударной части молота Н принимается: для трубчатых молотов 2,8 м; для штанговых при массе ударных частей 1,25; 1,8; 2,5 т соответственно 1,7; 2; 2,2 м. Остальные значения в формуле (IX. 14) те же, что в формуле (IX.11).
Тип вибропогружателя подбирается в зависимости от грунтовых условий и глубины погружения по отношению KolgQB, где Ко — момент эксцентриков, кН-см; QB — суммарная масса свай, наголовника и вибропогружателя, т. При вибропогружателях
151
со скоростью вращения эксцентриков 300—500 об/мин это отношение должно быть не менее величины, приведенной в табл. 3 СНиП Ш-9-74.
Таблица IX.3. Основные технические показатели сваебойных молотов
Тип молота	Масса, т		Высота подъема цилиндра или ход поршня, м	Расчетная энергия }дара, кДж
	молота	ударной части		
	Паровоздушные молоты			
Одиночного СССМ-07	2,29	1,25	.1*5	18,75
действия СССМ-570	2,7	1,8	1^5	27
'	СССМ-582	4,3	3	1,3	39
С-276	4,15	3	1,3	39
СССМ-680	8,65	6	1,37	82
СССМ-ЗМ'	2,26	0,36	2.41	5,7
Двойного СССМ-503	1,32	0,18	2,22	34
действия СССМ-708	2,96	0,68	4.06	1!1„2
С-231	4,65	1,13	5,08	18
	Дизель-)	КОЛОТЫ		
С-9,94	1,5	0,6	3	16
С-995	2,6	1,25	3	33
Трубчатые С-996	3,65	1,8	3	48
С-1047	5,5	2,5	3	67
С-1048	7,65	3,5	3	94
СП-54	10	5	3	135
С-254	1,4	0,6	1*7.7	3
Штанговые С-222	2,2	1,2	1.79	5,25
С-268	3,1	1,8	2,1.	16
С-330	4,2	2,5	2,3	20
Основные технические показатели некоторых типов свайных молотов приведены в табл. IX.3. Следует указать, что применение паровоздушных молотов целесообразно в тех случаях, когда строительная площадка обеспечена паром или сжатым воздухом.
Величина погружения забивной сваи после «отдыха» может уменьшиться, остаться без изменения или даже увеличиться.
Уменьшение отказа наблюдается в водонасыщенных глинистых грунтах и заиленных песках. Грунт, выдавливаемый сваей при забивке, перемещается и уплотняет окружающие грунты. Вода, заключенная в порах, не успевает за время забивки просочиться в грунт из-за малой его водопроницаемости. Глинистые грунты малоподвижны, вначале они прилегают к свае неплотно, и вода. перемещается по стволу вверх. На боковой по
152
верхности сваи образуется своеобразная смазка, которая снижает трение грунта по этой поверхности.
Для рассасывания воды в грунте требуется некоторое время, и тем большее, чем мельче частицы грунта. В результате постепенного рассасывания воды грунты плотно облегают ствол сваи (засасывают сваю), увеличивается сопротивление трению и свая приобретает большую несущую способность.
Увеличение отказа сваи после «отдыха» наблюдается в водонасыщенных пылеватых песках. Эти грунты, обладая большой подвижностью, во время погружения плотно облегают сваю. Вода, выжимаемая из грунта, не может перемещаться вверх, отжимается вниз, скапливаясь под острием сваи, в результате чего увеличивается сопротивление грунта под острием. Через некоторое время вода рассасывается и происходит релаксация напряжений из-за разуплотнения грунтов, примыкающих к свае, и уплотнение более отдаленных грунтов. В итоге несущая способность сваи уменьшается, а отказ увеличивается. Это явление называют «ложным отказом». Поэтому после «отдыха» производят контрольную добивку свай в песчаных грунтах через 3 и в глинистых через 6 сут после окончания их забивки.
Глава X. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ
§ 47.	Расчетная схема свайных фундаментов
Проектирование свайного фундамента включает расчеты самого фундамента, ростверка и свай по прочности, устойчивости и деформациям, а бетонных и железобетонных свай и ростверка — дополнительно на трещиностойкость.
В фундаментах со сваями-стойками каждая свая работает самостоятельно, и полная его несущая способность определяется суммой несущих способностей входящих в него свай по материалу или грунту. Эти два расчета удовлетворяют требованиям I группы предельных состояний. Расчет таких фундаментов по II группе предельных состояний по деформациям основания при вертикальных нагрузках не требуется, поскольку они погружаются до практически несжимаемых грунтов. При этом число свай определяют исходя из расчетных нагрузок с коэффициентами перегрузок /?>1. Окончательное число свай в фундаменте корректируется при размещении их в плане.
Свайный фундамент с висячими сваями условно принимают за массивный жесткий фундамент глубокого заложения, контур которого ограничен размерами ростверка, свай и некоторым объемом окружающего грунта (рис. Х.1).
6 Зак. 274
153
Рис. Х.1. Схема к определению размеров условного фундамента
а — при отсутствии слабых слоев; б — при наличии слабого слоя
В расчетной схеме принимается, что нагрузка на грунт передается по подошве и по боковой поверхности условного массива и в итоге воспринимается грунтами, находящимися ниже плоскости острия свай. Грунты, залегающие ниже свай, принимаются за основание условного фундамента, от них зависит прочность и осадка этого фундамента. Давление по подошве условного фундамента принимают равномерно распределенным (см. рис. Х.1), а площадь определяют в предположении передачи сил трения под углом к боковой поверхности к крайним сваям аСр. Наклонную прямую проводят от подошвы ростверка (рис. Х.1,о) или от поверхности первого слоя грунта, силы трения которого вают в расчете (рис. Х.1,б).
Условная ширина фундамента с наклонными
учиты-
сваями ограничивается нижними концами наклонных свай (Вусл на рис. Х.1).
Основание условного свайного фундамента должно удовлетворять требованиям I и II групп предельных состояний. Среднее давление по подошве рср не должно превышать расчетного давления на грунт R, вычисленного по формуле (V.2), а осадки
по
не должны превышать допустимых величин (см. § 20).
При центрально приложенной нагрузке среднее давление подошве условного фундамента определяется по формуле
р п I^+glQ + Gj+Ga)]
Гусл
(Х.1)
где N — нагрузка от сооружения на уровне спланированной отметки земли; Q — масса ростверка и подземных конструкций; Gt — масса всех свай; G2 — масса грунта в объеме а б в г д е ж (см. рис. X. 1); Fye л— площадь условного фундамента; п — коэффициент перегрузки; п=1.
Забивные и вибропогружаемые сваи уплотняют грунт, но не меняют его общую массу в межсвайном пространстве, поэтому объем грунта в этом пространстве можно принимать в естественном состоянии без вычета объема свай. Когда сван погружают с выемкой грунта из внутренней полости или в лидерные скважины, их объем следует вычитать из объема межсвайного пространства, а массу грунтов принимать равной их массе в природном состоянии.
При внецентренно приложенной нагрузке давление по краям условной подошвы фундамента определяют по формуле
154
§ 48.	Определение размеров ростверка
Размеры и форма ростверка зависят от особенностей надземной конструкции, условий нагружения, числа и размещения свай.
Свайные фундаменты могут быть в виде:
а)	одиночных свай-оболочек и опор под отдельные конструкции;
б)	лент под стены зданий и сооружений со сваями, расположенными в один, два и более рядов в линейном и шахматном порядке (рис. Х.2). В таких конструкциях сваи должны обязательно погружаться под углами стен, их пересечениями и примыканиями. В панельных зданиях без ростверка под каждую панель устанавливают не менее двух свай;
в)	кустов под колонны, столбы и отдельные конструкции с ростверками квадратной, прямоугольной, трапецеидальной и других форм (рис. Х.3,а). Под небольшие опоры с вертикальной нагрузкой допускаются кусты из двух свай;
г)	свайного поля со сваями по всей площади тяжелых сооружений небольших габаритов в плане (рис. Х.3,б).
Соединение свай с ростверком может быть свободным и жестким.
При свободном соединении головы свай входят в ростверк на высоту 5—10 см. Такое соединение осуществляется для центрально нагруженных свай.
При жестком соединении верхняя часть головы сваи разбивается, и обнаженная арматура замоноличивается в бетонный или железобетонный ростверк. Неразбитая часть сваи заделывается в ростверк на глубину 5—10 см. Жесткую заделку можно осуществить и за счет замоноличивания на необходимую глубину головы целой сваи. Величина заделки арматуры или головы сваи назначается расчетом.
Жесткое соединение свай с ростверком рекомендуется в следующих случаях: ростверк располагается на слабых грунтах; сжимаемая нагрузка приложена на свайный фундамент с эксцентриситетом; на сваи действуют горизонтальные нагрузки; в фундаменте имеются наклонные или составные (козловые) сваи; сваи работают на выдергивающую нагрузку.
Расстояние между осями висячих свай должно быть не менее ЗЬ (где b — диаметр круглой или размер стороны квадратной сваи). Расстояние в свету между стволами свай-оболочек должно быть не менее 1 м, между уширениями на концах буронабивных свай и свай-оболочек во всех грунтах — не менее 1 м, в сухих глинистых грунтах — не менее 0,5 м. Минимальное расстояние между осями свай-стоек должно быть 1,56.
Расстояние от края ростверка до внешней стороны вертикально нагруженной сваи при свободной заделке ее в ростверк принимается: при однорядном их размещении — 0,26+5 см,
6» Зак. 274
155
Рис. Х.2. Расположение свай в плане под стенами
а в линейном в один ряд; б — то же, в два ряда; в — в шахматном порядке; b _ — ширина ростверка, назначается конструктивно или по расчету
(Зтб)Ъ
Рис. Х.З. Расположение свай в плане а — под отдельные опоры с различным числом свай; б — в виде свайного поля под отдельные сооружения; Со и Ьо должны быть в пределах (3-?6)Ь
156
при двух- и трехрядном — 0,36 + 5 см и большем числе рядов— 0.46-J-5 см (6 — диаметр или размер стороны сваи, см). При жестком соединении свай с ростверком эти расстояния уточняются расчетами на заделку свай в ростверк.
В центрально нагруженных фундаментах сваи размещаются в плане равномерно. Ростверк под внецентренно нагруженные конструкции следует стремиться спроектировать так, чтобы равнодействующая от постоянных нагрузок проходила по возможности ближе к центру тяжести условной подошвы свайного фундамента.
При небольших эксцентриситетах с краевыми напряжениями на ростверке омакс^ l,4oMIffl Для упрощения производства работ сваи можно размещать равномерно.
При больших эксцентриситетах у нагруженного края устанавливают большее число свай. Для того чтобы все сваи были нагружены одинаково, их следует размещать по эпюре давлений в сечении, проходящем по подошве ростверка. Эту эпюру делят на равные площади и в центре тяжести каждого участка располагают оси свай. Если временные нагрузки приложены внецентренно с двух сторон, то строят две эпюры для двух схем нагружения и сваи размещают по суммарной эпюре, деля ее на равные части.
Нагрузку, приходящуюся на каждую сваю во внецентренно нагруженном фундаменте, можно найти из выражения
N + gQ	Мху Мих
р==——±—п---------±-/—,	(Х.2)
где Мх, Му — расчетные моменты относительно главных центральных осей подошвы ростверка; х<, у<— расстояние, м, от главных осей до оси каждой сваи; х, у — расстояние, м, от главных осей до оси сваи, для которой определяется нагрузка; п — число свай в фундаменте.
При кратковременных нагрузках допускается перегрузка крайних свай до 20%• Разница между максимально и минимально нагруженными сваями не должна превышать соотношения 3:1.
Сваи, в которых от действия знакопеременных сил возникают растягивающие усилия, проверяются на выдергивание из грунта.
Ростверки выполняются из монолитного или сборного железобетона. Когда отношение длины к высоте не более 4:1, ростверк относят к жестким. Высота ростверка назначается согласно расчету или по конструктивным соображениям. По конструктивным условиям высота ростверка должна быть равна /?о+ + 0,25 м, но не менее 0,3 м (ho—величина заделки в него сваи). Ленточные ростверки под стены и другие аналогичные конструкции рассчитываются по методу Б. Н. Жемочкина как неразрезные многопролетные обвязочные балки, опирающиеся на
157
7-10
Рис. Х.4. Заделка свай в рост-верк а — минимальная для случая центрально приложенной сжимающей нагрузки; б — для сваи, воспринимающей дополнительно горизон* тальные или растягивающие усилия; / — железобетонные сваи; 2 — бетонная подготовка; 3 — бетонный илн железобетонный ростверк; 4— продольная арматура сваи
Рис. Х.5. Конструкции соединений свай с ростверком а — сборный ростверк с железобетонной сваей; б — то же, со сваей-оболочкой; в — то же, с двумя сваямн-оболочками; г — соединение буровой опоры с колонной с помощью монолитного железобетонного оголовка; д — то же, со сборным железобетонным оголовком; 1 — свая; 2 — сборный ростверк; 3 — продольная арматура сваи; 4 — бетон;, 5 — свая-оболочка; 6 — бетонный оголовок; 7 — металлический стержень; 8 — монолитный ростверк; 9 — колонна; 10 — башмак колонны; 11 — МОНОЛИТНЫЙ ОГОЛОВОК; 12 — сборный железобетонный оголовок; 13 — буровая опора
сваи. В поперечном направлении ростверк можно не рассчитывать, если внешние грани крайних свай не выходят за пределы контура стены нли иной конструкции. При тех же условиях можно не выполнять поверочные расчеты ростверков под отдельные опоры и колонны (рис. Х.4). В остальных случаях высота ростверка проверяется на продавливание, изгиб и восприятие главных растягивающих усилий в
консолях по расчету, аналогичному расчету железобетонных фундаментов. При большом вылете консоли ростверка и большом расстоянии между сваями его высоту требуется проверить на продавливание сваей по формуле
h0 = P/Ux6,	(Х.З)
где Р — усилие, приходящееся на сваю; U — периметр сваи; т6 — скалывающее усилие для бетона (СНиП 11-21-75).
158
Минимальное армирование ростверков принимается для бетона марок 150 и 200—1%, марки 300—1,5%.
Некоторые конструктивные решения соединения свай с ростверками приведены на рис. Х.5.
После определения окончательной высоты ростверка корректируется длина свай. В пучинистых грунтах между подошвой ростверка и поверхностью грунта предусматривается зазор не менее 0,2 м.
В некоторых зданиях и сооружениях вместо неглубоких фундаментов применяют короткие забивные сваи длиной 4—5 м. Они забиваются в достаточно прочные грунты, которые залегают не только под нижними концами свай, но и под подошвой ростверка, передавая через него часть нагрузки. В этих условиях можно учесть совместную работу ростверка и свай1.
§ 49.	Последовательность проектирования свайных фундаментов
Проектирование свайных фундаментов включает ряд поверочных расчетов и операций, которые проводятся в указанной ниже последовательности.
1.	Определяют величины и невыгодные сочетания нагрузок, действующих на фундамент на уровне поверхности отметки земли или верхней поверхности ростверка (см. § 22).
2.	Назначают верхние и нижние отметки ростверка с учетом конструктивных особенностей здания и сооружения по аналогии с выбором этих отметок для фундаментов неглубокого заложения (см. § 24).
3.	Выбирают тип, способ погружения и предварительные размеры свай, сообразуясь с грунтовыми условиями, действующими нагрузками, конструктивными особенностями проектируемого здания или сооружения, наличием необходимого оборудования для погружения свай и возможностью применения его на строительной площадке.
Предварительная расчетная длина свай (без учета заострения и заделки в ростверк) назначается из условия погружения их на глубину не менее 0,5 м в крупнообломочные грунты, гравелистые, крупные и средней крупности песчаные грунты и глинистые грунты консистенцией 1L ^0,1 и не менее 1 м в остальные грунты.
Окончательная длина сваи уточняется расчетами несущей способности по грунту (§ 43), а длинных забивных свай, свай-оболочек и свай, формируемых в грунте,— и по материалу (§ 41).
^«Бартоломей А. А. Расчет осадок ленточных фундаментов. М., Стройнз-
159
(Х.4)
сваю по
разме-
Для одного здания или сооружения желательно назначать сваи одного размера или, во избежание ошибок, заметно отличающиеся друг от друга по размеру.
4.	Определяют число центрально нагруженных свай: лЛЧ-n^Q
9 Р
тде Р — наименьшее значение расчетной нагрузки, допускаемой на грунту или материалу; п — коэффициент перегрузки; п>1.
5.	Уточняют размеры ростверка в плане из условия ацения полученного числа свай (см. § 48). При необходимости высоту ростверка проверяют расчетом.
6.	Уточняют нагрузку, действующую на одну сваю, с учетом размеров и массы ростверка.
.7	. По формуле (Х.1) проверяют давление по подошве условного свайного фундамента и сопоставляют его с расчетным давлением, определенным по формуле (V.2).
8.	Определяют осадку условного свайного фундамента в соответствии с положениями главы XI.
9.	По результатам поверочных расчетов уточняют конструкцию, окончательные размеры фундамента и его отдельных частей.
10.	Подбирают оборудование для устройства или погружения свай. Для забивных свай определяют расчетный отказ.
Пример Х.1. Спроектировать свайпый фундамент под внутреннюю колонну промышленного здания на центральную нагрузку, равную .1,2 МН. Геологический разрез строительной площадки приведен на рис. II 1.6, данные о грунтах даны в табл. III.3 (площадка №2), оценка грунтов дана в примере Ш.2. Отметка пола в здании 98,80 совпадает с отметкой устья скважины № 3. Колонна расположена около этой скважины.
Решение. На площадке №2 под растительным слоем залегают суглинки я глины в текучем состоянии, которые нельзя использовать в качестве основа пня фундамента мелкого заложения, а при устройстве глубоких фундаментов не цредставляется возможным учесть трение по боковой поверхности. Основанием может служить третий слой — песок мелкий, средней плотности, аодон а сыщепны й.
В данных геологических условиях проектируем свайпый фундамент с гкелезобетонными сваями. Деревянные сваи в этом случае неприменимы, так как верхняя часть свай будет находиться выше уровня грунтовых вод в переменном влажностном режиме. Подошву ростверка по конструктивным условиям заглубляем на 1,5 м от уровня пола до отметки 97,30 м. По предварительным расчетам, свая должна быть заглублена в мелкий песок примерно на 4 м. Выбираем стандартную железобетонную сваю С9-30 (ГОСТ 19804—74) (см. табл. VIII.,1), ее сечение 0,3X0,3 м, длина 9 м, длина острия 0,25 м. Свая работает на центральное сжатие. Заделку сваи в ростверк назначаем 5 см. Острие сван будет находиться на глубине 10,7 м от поверхности земли. Расчетная схема свайного фундамента приведена на рнс. Х.6.
Несущая способность висячих свай по материалу в большинстве случаев больше, чем по грунту. Поэтому определяем несущую способность принятой сваи только по грунту по формуле (IX.8). Коэффициент безопасности по грунту йг=1,4, коэффициент условий работы лг=1, коэффициент условий работы на сжатие и трение для сплошных забивных свай /пд=/пу==1.
160
Расчетное сопротивление для мелких песков под концом забивных свай на глубине 10,7 м находим интерполяцией по табл. IX.1: А! =2,64 МПа. Расчетное значение сопротивлений грунта по боковой поверхности сваи определяем по табл. IX.2. Тренне первых двух слоев глинистых грунтов^ ие учитываем. Пласт мелкого песка делим на три слоя: первый толщиной lj=2
Рнс. Х.6. Габариты условного свайного фундамента с висячими сваями
середина его находится на глубине Z|==7 м от поверхности земли, для него1 из таблицы находим fi=43 кПа; второй толщиной /г=2 м, для него на глубине z2=9 м находим интерполяцией /2=45 кПа; для третьего толщиной 13= =0,45 и на глубине z3=.10,22 м находим /3=46,2 кПа.
Расчетная нагрузка, допустимая на сваю по грунту, составит:
Р= 1/1,4 (1-2,64-0,09+ 1,2 (0,043-2+*0,045-2 + 0,0462 0,45)] я
и 0,333 МН.
Фундамент проектируем нз четырех свай, размещая нх по углам ростверка; расстояние между осями свай назначаем равным трем нх ширинам®
16В
3-0,3=0,9 м, а между краями ростверка и сваями — 0,05 м, тогда размеры ростверка в плане будут 1,3X1.8 м (рис. Х.7).
Определяем нагрузку, приходящуюся на одну сваю.
Массу ростверка принимаем, как н в фундаментах неглубокого заложения (см. гл. V) при Р=0,9, уфР=2,2 t/im’:
<2=1, 3-1,3-1,5-2,2 = 5,6т.
Полная нагрузка на сваю от сооружения н ростверка с коэффициентом перегрузки п=1,1
1,1 12004-1,1 10-5,6
Р= —'------—---------— = 331 кН<333 кН.
4
Рис. Х.7. План расположения свай к примеру Х.1
Проверяем давление на грунт под подошвой условного фундамента. Ее площадь на глубине 10,7 м определяем в предположении, что силы трения грунта по боковой поверхности условного фундамента воспринимаются только мелкими песками с глубины 4,7 м, угол внутреннего трения которых <р=24°, значение аср=24о/4=6° и tg 6°= =0/105. Тогда условная ширина фундамента
Вуо = 0,9 4-0,3 + 2-4,7-0,105 = = 2,2 м.
Расчетное сопротивление грунта под условным фундаментом определим по формуле (V.2). В здании нет подвала, поэтому ho=O. Для песков мелких водонасыщенных по табл. V.3 находим коэффициент условий работы грунта mi = 1,2, а коэффициент условий совместной работы грунта со зданием, у которого отношение	т2=1;1. Коэффициент надежности по характе-
ристикам грунтов, полученным нз испытаний, feH = l.
Находим осреднениое значение объемной массы грунтов, прорезаемых сваей (ниже уровня грунтовых вод во взвешенном состоянии):
0,2-1,75+ 1,8-1,61 + 1
Тп =
2,57 — 10	2,69—1
------- +3 —------
1 + 1,26	1 + 1,5
10,7
2,61 — 1
1+0,74
10,7
« 1 т/м8.
По табл. V.2 дли угла кр=24* Вц=3,87; Лц=6,45.
находим коэффициенты: +i=0,72;
Расчетное давление
/?=
1,2-1,1
1
0,72-2,14-10
2,61 — 1
1 +0,74j
3,87-10,7-10-1 + 6,45-2 = 585 кПа.
+
162
Нагрузка на подошву фундамента, кН: от ростверка 1Д-1,3-1*5-22 . ......................
от сван 4 (2,25- 9+0,45)........................
от грунта в объеме абвгдежи (10,7-2,2-2,2— 0,2-17,5+1,3-16,1................................
-1Д-НЗ-1Л) 1Ю+--------------------
Давление на подошву условного фундамента 1200 + 595	„	„ гпг „
рСХ) =---------» 380 кПа =5 585 кПа.
Fp	2,2-2,2
55,8
82,8
456,4
595
§ 50.	Свайные фундаменты при вертикальных и горизонтальных нагрузках
Свайные фундаменты, несущие вертикальные N и горизонтальные нагрузки Т, проектируются в зависимости от соотношения этих нагрузок.
Если горизонтальная сила составляет 7’^ (O,O5+-O,1)7V вертикальной, на одну сваю приходится Тср^5 кН и угол наклона равнодействующей -а ^3+6°, эту силу не учитывают. Фундамент проектируется с учетом действия только одних вертикальных сил. В этом случае полагают, что горизонтальная сила воспринимается ростверком. Расчет фундамента не отличается от расчета обычного свайного фундамента.
Если горизонтальная сила составляет Г^0,2^ на одну сваю приходится Тср<10 кН, угол наклона равнодействующей а^1Г, то при постоянной горизонтальной силе все сваи погружаются наклонно (рис. Х.8). Рекомендуется, чтобы наклон свай совпадал с направлением равнодействующей силы. Отметим, что предельный наклон свай зависит от возможностей средств погружения.
Рис. Х.9. Схемы к определению усилий в козловых сваях
а — при одной наклонной свае; б — при двух наклонных сваях
Рис. Х.8. Погружение сваи при наличии горизонтальных сил а — при постоянной наклонной нагрузке; б —при переменной наклонной нагрузке
Несущая способность наклонной сваи определяется так же, как и вертикальной сваи, по ш>и выборе молота необходимую энергию удара вычисляют по формуле (IX.13) и полученную величину умножают на повышающий коэффициент kf.
163
при наклоне свай..........5:1 4:1 3:1 2:1 1:1
ki........................1,1 1,15 1,25 1,4 1,7
Когда горизонтальная сила Т является переменной нагрузкой, для уменьшения изгиба наклонных свай часть их погружают вертикально (см. рис. Х.8,б).
Если горизонтальная сила T>0,2N, нагрузка, приходящаяся на одну сваю, ТСр>Ю кН, угол наклона равнодействующей а>11°, то свайный фундамент проектируется из вертикальных и наклонных (козловых) свай. Определяют несущую способность и необходимое число вертикальных свай от действия только вертикальной составляющей нагрузки N и момента М. Момент определяется как от вертикальной N, так и от горизонтальной составляющей нагрузки Т.
Выбирают размеры, угол наклона и определяют несущую способность наклонной сваи на сжатие. Наклон сваи выбирают произвольно. С увеличением наклона несущая способность козловых свай увеличивается. Горизонтальную нагрузку Тк, которая передается на одну козловую сваю, находят из треугольника сил (рис. Х.9,о). Определяют необходимое число козловых свай: п—Т:Тк и размещают вертикальные и наклонные сваи в ростверке. Дополнительными сваями козел служат основные вертикальные сваи, усилие в которых составляет:
Р = РО±РК,	(Х.5)
где Ро — сжимающее усилие в свае от действия только вертикальных нагрузок; Рк — сжимающее или растягивающее усилие в свае от козловой системы, которое определяют из треугольника сил (рис. Х.9,я).
Если величина Р получится отрицательной, то свая работает на растяжение и ее следует пригрузить дополнительной вертикальной нагрузкой или рассчитать на выдергивание.
В некоторых случаях, например при знакопеременной горизонтальной нагрузке, обе сваи погружают наклонно. Одна из них будет работать на растяжение, другая — на сжатие. Усилие в этих сваях определяют из построения, приведенного на рис. Х.9,б, или вычисляют аналитически.
§ 51.	Условия применения свай и свайных фундаментов
В промышленном и гражданском строительстве применение свай, свайных фундаментов, оболочек, буровых опор целесообразно в следующих случаях.
1.	На строительных площадках с грунтами (которые можно использовать в качестве оснований), залегающими на глубине 4—5 м и более; на площадках с высоким уровнем грунтовых вод и в других случаях, когда возводить фундаменты в открытых котлованах нерационально из-за большого объема земляных работ, больших дополнительных затрат на крепление стенок котлована, временное водопонижение или осуществление других мероприятий, связанных с защитой котлована от под
164
топления грунтовыми и затопления поверхностными водами и с необходимостью сохранения грунтов основания в естественном состоянии.
2.	В зданиях и сооружениях с большими нагрузками на стены, колонны, опоры, для которых требуется применение монолитных фундаментов в виде перекрестных лент, сплошных лент, больших массивов и пр. Экономия в этом случае достигается за счет уменьшения применения монолитного бетона и арматурных работ на строительной площадке.
3.	При необходимости уменьшения абсолютных и неравномерных осадок фундаментов и деформаций надземных конструкций крупнопанельных и других зданий. Экономия достигается в результате замены фундаментов больших размеров в плане небольшим количеством свай.
Замена фундаментов неглубокого заложения короткими забивными сваями, как показала практика, целесообразна прежде всего при погружении большого числа свай, когда доставка, монтаж, демонтаж оборудования для погружения свай и организация работ не вызовут дополнительных расходов. Короткие сваи конкурентоспособны в бесподвальных зданиях при
забивке свай с поверхности земли или со-дна неглубокого котлована. Экономия достигается за счет уменьшения земляных работ и большей индустриализации свайных работ по сравнению с ручным трудом при монтаже фундаментных блоков. Однако такая замена должна быть технически и экономически обоснована.
Применяя свайные фунда-
менты, следует иметь в виду, рис х.Ю. Схема передачи нагрузки что условия работы грунтов в на груНТ
зависимости ОТ ширины рост- а — при широком фундаменте; б —при уз-верка и соотношений между ко°б^с^сДжа^руйТн₽ом обоз,,ачены их шириной и длиной свай бу-
дут разными. Чем шире ростверк, тем при одинаковых длинах свай менее эффективны свайные фундаменты. Например, пласты и объем грунта, которые включаются в работу под широким свайным фундаментом (рис. Х.Ю,а), мало отличаются от пластов и объема грунта под неглубоким фундаментом того же сооружения. Под узким фундаментом общий объем грунтов в обоих случаях отличается мало, но в свайном фундаменте в работу включаются более глубокие пласты (рис. Х.10,б), что позволяет передать нагрузку на глубоко залегающие прочные
грунты.
165
Раздел IV. РАСЧЕТ ОСНОВАНИЙ ПО ПРЕДЕЛЬНЫМ СОСТОЯНИЯМ
Глава XI. РАСЧЕТ ОСНОВАНИЙ ПО ДЕФОРМАЦИЯМ
§ 52.	Определение конечных осадок оснований
Для проектирования оснований по предельным деформациям необходимо знать вероятные осадки всех фундаментов и осадки в различных сечениях отдельных фундаментов.
Осадки промышленных и гражданских зданий и сооружений в большинстве случаев определяют от дополнительного давления рос, равного среднему давлению по подошве фундамента Рср за вычетом природного давления на уровне заложения фундамента рПр, так как от природного давления нижележащие грунты уплотнились:
Рос — Рср — Рпр •	(XI. 1 )
Для оснований, рассчитываемых по методу линейно-дефор-мируемого слоя конечной толщины, осадка определяется от среднего давления по подошве рос без вычета природного давления (см. стр. 177).
Вероятные осадки определяют в предположении, что они происходят только от уплотнения минеральных частиц, при
этом напряжения в толще грунта, а иногда и осадку находят из решений теории ли-нейно-деформируемых тел. Перед расчетом необходимо убедиться в возможности применения теории и проверить условие p0C^R. Соблюдение этого условия гарантирует и устойчивость грунтов основания. Расчетное давление R вычисляют по формуле (V.2).
Осадки определяются от расчетных нагрузок с коэффициентом перегрузки п— 1 и ха-
Эпюра давлений
6,=Рп
Несжимаемый и
Водонепроницаемый слой
Рис. XI.1. Расчетная схема осадки конечного слоя грунта от сплошной равномерно распределенной нагрузки
рактеристиками грунтов, вычисленными с доверительной вероятностью с =0,85.
Непосредственно формулы теории линейно-деформируемых тел используются для вычисления модуля общей деформации грунта Ео по данным испытания грунтов статической нагруз-
166
кой и для определения крена жестких фундаментов. В остальных случаях при использовании этих формул вводятся дополнительные допущения и предпосылки.
Для определения осадки конечного слоя грунта, залегающего на водонепроницаемой и несжимаемой поверхности, от сплошной равномерно распределенной нагрузки (рис. XI. 1) при отсутствии бокового расширения рекомендуется формула
S = h Qq Рос
или
В
S —h —— рос, Ео
(XI.2)
где рОс — дополнительное давление на грунт; h — мощность сжимаемого слоя грунта; а0 — коэффициент относительной сжимаемости; Ео — модуль общей деформации; р — безразмерный коэффициент:
р = Г1 - 2±11;
Р L 1 -Pol
здесь (Цо—коэффициент общей относительной поперечной деформации грунта.
Из формулы (XI.2) следует, что осадка равна площади эпюры сжимающих давлений, умноженной на коэффициент относительной сжимаемости или деленной на модуль общей деформации грунта.
Определять осадку непосредственно по формуле (XI.2) допустимо при залегании скалы на глубине не более ширины фундамента (h^0,5b). В этом случае прямоугольная эпюра
О?
6,55
7,50
10,00
ГТ
‘ f
I
§
0,2
2,0
1,85
095
ZfO
19,1
19.2
19,6
10
Песок пылеватый
Раститесь-, ный слой /
18
10.6
9,6
10
грунт
Супесь
130
гг
НО
Глина
Лесок . средней крупности.
80
ад-
50
90
УГ8
22 кПа
160кПа
160
120
30
27
90 кПа
рос-180 кПа



V

V
У
Рис. XI.2. Схема к расчету осадки по методу элементарного суммирования
1 — эпюра природного давления; 2 — эпюра дополнительного давления; 3 — вспомога тельная эпюра (0,2 или 0,1 природного давления)
167
сжимающих напряжений по глубине о2 в расчетной схеме практически совпадает с эпюрой напряжений по центральной оси фундамента.
В настоящее время для определения конечных (стабилизированных) осадок фундаментов наибольшее распространение получили метод элементарного суммирования, метод эквивалентного слоя и метод линейно-деформированного слоя конечной толщины.
Метод элементарного суммирования. По этому методу осадка находится только от одних вертикальных напряжений, действующих по оси, которая проходит через середину фундамента без учета его жесткости. Напряжения вычисляются по формулам (1.3), (1.4), (1.5).
При расчете толщу грунта ниже подошвы фундамента делят на элементарные слои (рис. XI.2), осадку которых определяют от среднего напряжения в рассматриваемом слое и2Ср в предположении отсутствия бокового расширения грунта по формуле, аналогичной формуле (ХЕ2).
Полная осадка определяется как сумма осадок элементарных слоев в пределах сжимаемой толщи:
где Ozcpi — среднее напряжение в элементарном слое; z — расстояние от подошвы фундамента до элементарного слоя; Л,- — толщина элементарного слоя; EOi — модуль общей деформации элементарного слоя; f — безразмерный коэффициент элементарного слоя; по СНиП 11-15-74 для всех грунтов {3=0,8; п — число слоев.
Сжимаемую толщу ограничивают глубиной, ниже которой сжатием грунта можно пренебречь (см. рис. XI.2). В общем случае ее рекомендуют принимать на глубине, где дополнительное давление составляет 0,2 величины природного давления. Если нижняя граница сжимаемой толщи заканчивается в грунтах с модулем деформации Ео^5 МПа или они залегают непосредственно под нею, то эти грунты нужно включить в сжимаемую толщу, а ее нижнюю границу перенести на глубину, где дополнительное давление составляет 0,1 природного давления. Если в пределах сжимаемой толщи залегает скала, то ее ограничивают поверхностью скалы. В некоторых методах и расчетных схемах нижнюю границу сжимаемой толщи принимают на глубине, где осадка элементарного слоя составляет 1 % полной осадки, или на глубине, где дополнительное давление равно структурной прочности грунта.
Определять нижнюю границу сжимаемой толщи и делить ее на элементарные слои удобно графо-аналитически в такой последовательности: строится геологический разрез по вертикальной оси, проходящей через точку, для которой опреде
168
ляется осадка; на разрезе в том же масштабе наносят схему фундамента. Затем вычисляют значения координат и строят на графике три эпюры: эпюры дополнительного и природного давления и вспомогательную эпюру, как это показано на рис. XI.2. Точка пересечения вспомогательной эпюры с эпюрой дополнительного давления принимается за нижнюю границу сжимаемой толщи (см. пример XI.1). Напряжения в элементарных слоях и нижнюю границу сжимаемой толщи можно определять аналитически.
По нормам толщина элементарных слоев не должна превышать 0,4 ширины или диаметра подошвы фундамента. Высоту слоя на некоторой глубине можно увеличить, сообразуясь с очертанием эпюры дополнительного давления. При слоистом основании каждый элементарный слой должен включать однородный грунт.
Методом элементарного суммирования обычно определяют осадку центральной точки подошвы фундамента, которую принимают за его среднюю осадку. Этим методом можно определить осадку любой точки в пределах и вне пределов фундамента. Для этого только нужно методом угловых точек по формуле (1.4) определить напряжения на вертикали, проходящей через эту точку.
Методом элементарного суммирования определяют осадки фундаментов с небольшими размерами подошв, возводимых на однородных и слоистых основаниях при глубоком залегании скалы.
Пример XI.I. Определить методом элементарного суммирования вероятную осадку ленточного сборного фундамента под наружную стену здания, рассмотренного в примере V.2.
Ширина фундамента 1,4 м, глубина заложения 1,6 м (см. рис. XI.2), среднее давление под подошвой рс₽=213 кПа. Данные о строительной площадке приведены в примере IIL1 и на рис. III.5.
Решение. Дополнительное давление на грунт было определено при проверке прочности подстилающего слоя (см. пример V.2):
Рос = 213 — 30 = 183 кПа.
Вычисляем ординаты эпюры природного давления по формулам (1.6) и (1.6а) .и вспомогательной эпюры 0,2 рп₽:
на поверхности земли
Рпр == 0; 0,2рпр = 0;
иа контакте I и II слоев (глубина 0,2 м)
р’р = 0,2 10-1,8 я 4’кПа; 0,2рпр = 0,8 кПа;
на контакте II и III слоев (глубина 2,2 м)
pj/p = 4 + 2-10-1,91 » 42 кПа; . 0,2р^р = 8 кПа;
на контакте III и IV слоев (глубина 4,7 м)
р”р! = 42 + 2,5-10-1,92 и 90 кПа; 0,2 р”рг = 18 кПа;
169
в IV слое на уровне грунтовых вод (глубина 6,55 м)
Р„р = 90+1,85-10-1,96 « 130 кПа; 0,2 р™ = 26 кПа;
на контакте IV и V слоев (глубина 7,5 м) 27 2__________________10
Рпр=130+ q_0>63 0,95 а 140 кПа; 0,2рУр = 28кПа
(ниже уровня грунтовых вод объемную массу грунта принимаем во взвешенном состоянии);
в VI слое (глубина 10 м)
VI ,,	10(2,71—1)	VI
Рпр = >40 + ^+’o j8 2,5 « 160 кПа; 0,2 р^ = 32 кПа.
Полученные значения ординат эпюры природного давления и вспомогательной эпюры наносим на геологический разрез (см. рис. XI.2).
Ординаты эпюры дополнительного давления определяем по формуле (1.3); значение а находим в табл. 11 приложения.
Вычисление ведем в табличной форме (табл. XI.1).
Таблица XI.1. Значения ординат эпюры дополнительных давлений (к примеру XI.1)
т	ь z = m 	 2	а	аг, кПа	Слой основания
0	0.	1	180	
0,4	0^28	0,98	170	II
0.8	0,56	0,88	160	
0,86	0,6	0,86	155	
U2	0,84	0,76	140	
1,6	1,1,2	0,64	120	
2	11,4	0,55.	100	III
2,8	1.36	0,4.2	80	
4	2,8	0,31	55	
4,36	зд	0„28	50	
6	4,2	0,21.	40	
8	5.6	0,16	30	IV
8,4	5,9	-	0,15	27	
8,9	6,25	0,14	25	V
10	7	о,1й	22	
Давления на границах пластов основания вычислены интерполяцией.
Полученные значения ординат эпюры наносим на геологический разрез. В точке пересечения эпюры дополнительных давлений со вспомогательной эпюрой находим нижнюю границу сжимаемой толщн; //ст =6,125 м.
Сжимаемую толщу по высоте разбиваем на слои так, чтобы в пределах каждого слоя был грунт одинаковой сжимаемости. Осадку элементарного слоя определяем по формуле (XI.3):
осадка II слоя
SH —
180+ 1?0 28 + 2
170 + 160 „	160 + 155
---~---28+------7---
2	2
0,8
15000
= 0,5 см;
170
SHI —
осадка III слоя
155+ 140	140+120	120+ 100	100 + 80
--------24 +-------„	28 +	£	28 H--------56
\ 0,8
30 I rrri =3,6 cm;
) 5000
2	'	2
80 + 55	55 + 50
T 2	2
осадка IV слоя
/50 + 40	40 + 30	30 + 27	\ 0,8
- 1 —
1V \ 2 осадка V слоя
27 + 25	0,8
Sv = — 35 —:------ =0,1 cm;
v 2	12 000
полная осадка фундамента
S = 0,5+ 3,6+ 0,9+ 0,1 =5,1 см < 10 см, что удовлетворяет требованиям СНиП.
Осадку прерывистого фундамента, учитывая распределительную способность грунта, следует определять как условного сплошного ленточного фундамента, ширина которого равна ширине укладываемой плиты (без вычета площади пустот) при соответствующем давлении на основание (см. гл. VI).
Пример XI.2. Определить осадку свайного фундамента под колонну промышленного здания, |рассмотренного в примере Х.1. Размер подошвы условного фундамента 2,2X2,2 м; глубина заложения от поверхности земли 10,7 м. Объемная масса грунтов, залегающих выше условной подошвы, у= = 1 т/м3; природное давление под подошвой 380 кПа.
Решение. Осадку определяем методом элементарного суммирования. Дополнительное давление на уровне подошвы фундамента
рос = 380— 10-1-10,7 и 280 кПа.
Вспомогательные вычисления приведены в табл. XI.2.
Таблица XI.2. Данные вспомогательных вычислений к примеру Х1.2
1 Слой	1 основания!	Наименование грунта	Объемная масса грунта. т/м3	Абсолютная отметка слоя	т	Ь г = tn — 2	а	а2. кПа	₽пр	О-2 ₽пр
III	Песок мел-	1	88,01	0	0	1	280	100	20
	кий, средней			0,4	0,44	0,96	269	—	—
	плотности,			0,8	0,88	0,8	224	—	—
	насыщенный			1,2	1,32	0,61	170	—	—
	водой			1,6	1,76	0,45	140	——	—-
				2	2,2	0,34	94	122	24
				2,4	2,64	0,26	72	—	—-
				2,8	3,08	0,2	56	—	.—.
				3,2	3,52	0,16	45	—	—
				3,6	3,96	0,13	36	—_	—.
				4	4; 4	0,11	30	144	28,8
				4,1	4,51*	0,1	29	145	29
				4,4	4,84	0,09	25,5	148,4	29,7
• Нижняя граница сжимаемой толщи (НГСТ).
171
Ординаты эпюр природного давления рПр и вспомогательных эпюр на различных глубинах z ниже подошвы фундамента составляют:
При z = 0 рПр= 110-10=100 кПа;.	0,2рпр = 20 кПа;
»	2 = 2,2 м	рпр=	100+	10-1-2,2 =	122	кПа;	0,2 рпр =24,4 кПа;
»	2 = 4,4 м	рпр =	100 +	10-1-4,4=	144	кПа;	0,2 рпр = 28,8 кПа;
»	2 = 4,51 м	рпр =	100+	10-1-451 =	145	кПа;	0,2рпр = 29 кПа;
>	2 = 4,84м	р„р =	100+	10-1-4,84=148,4 кПа;	0,2рпр = 29,7 кПа.
По табл. XI.2 находим мощность сжимаемой толщн на глубине 4,51 м ниже подошвы фундамента.
Осадку определяем по формуле (XI.3), модуль деформации грунта £<> = 10 000 кПа (см. табл. Ш.З):
К280 + 269 269 + 224 224 + 170	170 + 140	140 + 94
2	+	2	+	Г“+	2	+
94 + 72 72 + 56
2	+	2
56 + 45 45 + 36 36 + 30\
+ ~2~ + “Т~+ 2^) 44 +
/30 + 29\
\ 2	;
0,8
10 000
я 4,5 см.
и
Метод эквивалентного слоя (предложен Н. А. Цытовичем)', Под эквивалентным слоем /гэ подразумевается ограниченный по мощности слой грунта, который при сплошной равномерно распределенной нагрузке дает осадку St, равновеликую Si — осадке фундамента ограниченных размеров в плане при той же нагрузке и в тех же грунтовых условиях, т. е. 51=5г (рис, XI.3).
Рис. XI.3. Схема приведения пространственной задачи к одномерной в методе эквивалентного слоя
В этом методе пространственная задача расчета осадок сводится к одномерной, что позволяет, кроме конечных осадок, определять затухание осадки во времени.
Осадка определяется с учетом жесткости и формы подошвы фундамента и трех составляющих нормальных напряжений (аг, оу, аж) в предположении, что основание является линей-но-деформируемым телом. Максимальная осадка гибкого, сред
172
няя осадка жесткого и абсолютно жесткого фундаментов находится по формуле
S === ftj Gq Рос»	(XI.4)
где Л» — мощность эквивалентного слоя:
h3 = A и Ь,
здесь b — ширина (диаметр) фундамента; Д<о — коэффициент эквивалентного слоя (для фундаментов с прямоугольной подошвой определяется по табл. XI.3, для фундаментов с круглой подошвой — по табл. Х1.4).
Таблица XI.3. Коэффициенты эквивалентного слоя Ли для фундаментов с прямоугольной подошвой
Соотношение сторон прямо-угольной подошвы фундамента п=ГЬ	Коэффициент /1о) при Цо								
	0,1			0,2			0,25		
	Д	Аат	А “const	А Юц	л“т	л “const	А Ыо	л“т	л “const
1	1,13	0,96	0,89	1,2	1,01	0,94	1,26	1,07	0,99
1,5	1,37	1,16	1,09	1,45	1,23	1,15	1,53	1,3	1,21
2	1,55	1,31	1,23	1,63	1,39	1,3	1,72	1,47	1,37
3	1,81	1,55	1,46	1,9	1,63	1,54	2,01	1,73	1,62
4	1,99	1,72	1,63	2,09	1,81	1,72	2,21	1,92	1,81
5	2,13	1,85	1,74	2,24	1,95	1,84	2,37	2,07	1,94
6	2,25	1,98	—	2,37	2), 09	—	2,5	2,21	—
7	2,35	2,06	—	2,47	2,18	—	2,61	2,31	—
8	2,43	2,14	—	2,56	2,26	—	2,7	2,4	—
е	2,51	2,21	—	2,62	2,34	—	2,79	2,47	—
10 и более	2,58	2,27	2,15	2,71	2,4	2,26	2,86	2,54	2,38
Продолжение табл. XI.3
Соотношение сторон прямоугольной подошвы фундамента п—ЦЬ	Коэффициент А е> при р0								
	0,3			0,35			0,4		
	А ш0	Л“т	л “const	А	л“т	^const	А	л“т	Л “const
1	1,37	1,17	1,08	1,58	1,34	1,24	2,02	1,71	1,58
1.5	1,66	1,4	1,32	1,91	1,62	1,52	2,44	2,07	1,94
2	1,88	1,6	1,49	2,16	1,83	1,72	2,76	2,34	2,2
3	2,18	1,89	1,76	2,51	2,15	2,01	3,21	2,75	2,59
4	2,41	2,09	1,97	2,77	2,39	2,26	3,53	3,06	2,9
5	2,58	2,25	2,11	2,96	2,57	2,42	3,79	3,29	3,1
6	2,72	2,41	—	3,14	2,76	—	4	3,53	—
7	2,84	2,51	—.	3,26	2,87	—-	4,18	3,67	—
8	2,94	2,61	—	3,38	2,98	—	4,32	3,82	——
9	3,03	2,69	—	3,49	3,68	—	4,46	3,92	—
10 и более	3,12	2,77	2,6	3,58	3,17	2,98	4,58	4,05	3,82
Примечание. Коэффициент для определения максимальной осадки под центром прямоугольной подошвы гибких фундаментов Ди о; средней осадки жестких фундаментов Дсо \ осадки абсолютно жесткого фундамента Д^сопаГ
173
Таблица XI.4. Коэффициенты эквивалентного слоя Лео для фундаментов с круглой подошвой
	Коэффициенты1			
	А <ч#	д <»с		А const
02	W	0,63	0,91,	0,84
0,26	1,13	0,7,2	0,96	0,88
0,3	1,23	0,78	1,04	0,96
0,35	1,41	0,9	1,2	, 1,11/
0,4	1,,8	1,15	Ц>3	1,41.
1 д<йо — для центра гибкого фундамента; Ао>с — для любой точки на контуре гибкого фундамента; А ч>т — для жесткого фундамента; A ®congf— Для абсолютно жесткого фундамента.
В коэффициенте эквивалентного слоя жесткость и форма подошвы фундамента учитывается показателем а коэффициент относительной поперечной деформации цо— показателем А:
л (1—Но)8
1 — 2 Цо
Осадку слоистого основания методом эквивалентного слоя вычисляют приближенно. В расчетной схеме сжимаемую тол-
Рис. XI.4. Схема к определению средних коэффициентов относительной сжимаемости, пористости и фильтрации
щу грунта, которая практически оказывает влияние на осадку фундамента, принимают в среднем равной двум мощностям эквивалентного слоя: H=2ha, а распределение дополнительных давлений в основании — в виде треугольной эпюры. Вершину треугольной эпюры назначают на глубине, равной Н, и основание эпюры, равное рос, — под подошвой фундамента (рис. XL4). Грунты, вошедшие в сжимаемую толщу, считают однородными с осредненными характе
ристиками.
Средний коэффициент относительной сжимаемости аот находится из условия, что полная осадка сжимаемой толщи Я рав
на сумме осадок, входящих в нее слоев:
п
hi Oq i 2Z
г=1
«°m-	2/[2
где hi — толщина отдельных пластов грунта до глубины Н; aoi — коэффициент относительной сжимаемости слоя I; z,- — расстояние от точки, соответствующей глубине Н, до середины рассматриваемого слоя I (см. рис. XI.4).
174
Средний коэффициент пористости ет определяется из условия, что объем минеральных частиц всей толщи равен объему минеральных частиц, входящих в нее слоев:	у
Н — Нв ет~ Нв ’ п
где Н — мощность сжимаемой толщи; H=QhB= h(; Но — приведенная вы-
i=l п t
ХЛ hi
сота слоев грунта; л0=	1+е" ’
Средний коэффициент фильтрации km определяется из условия, что потеря напора во всей толще Н равна сумме потерь напора в отдельных слоях:
где ki — коэффициент фильтрации слоя i.
Мощность эквивалентного слоя определяется так же, как при однородном основании. В предварительных расчетах можно принять коэффициент относительной поперечной деформации для сжимаемой толщи с преобладанием глинистых грунтов ро=0,3 и с преобладанием песков {io=0,2.
Осадка слоистых оснований определяется по формуле (XI.4) при замене в ней а0 на аот.
Метод эквивалентного слоя дает хорошие результаты в расчетах фундаментов площадью до 20—30 м2 при однородных или слоистых основаниях, в которых сжимаемость отдельных слоев мало отличается друг от друга.
Возможность прогнозирования изменения осадки во времени значительно расширяет пределы применения этого метода.
Пример XI.3. Определить методом эквивалентного слоя осадку фундамента, рассчитанного в примере XI.1. Среднее давление по подошве фундамента рос = 180 кПа, ширина подошвы 6 = 1,4 м.
Решение. В основании преобладают пески, поэтому по табл. XI.3 эквивалентную толщу определим прн ijjlo=0,2, что соответствует Дсот=Е,4:
Лэ =2,4-1,4 = 3,36 м.
Толща грунта, практически влияющая на осадку, составит:
Я = 2-3,36 = 6,72 м.
Прн глубине заложения фундамента 1,6 м все грунты входят в эту толщу (см. рис. XI.4).
Вычислим значения коэффициентов сжимаемости каждого слоя в зависимости от модуля деформации по формуле (III.5).
175
Модули деформации приведены в табл. 1II.3 (площадка № 1);
для песка средней круппостн
Р = 0,74, а0 = 0,74/15 = 0,05 МПа-1 ;
для песка пылеватого
₽ = 0,74, ао = 0,74/5 = 0,15 МПа-1 ;
для супеси
₽=0,74; а0 = 0,74/10 = 0,07 МПа*-1 ;
для глины
Р = 0,43; ао = 0,43/12 = 0,04 МПз~‘ .
Определим средний коэффициент относительной сжимаемости (см. рис. XI.4):
60-0,05-642 + 250-0,15-487 + 280-0,07-222 + 82-0,04-41 а°т~	ОТ	=
= 0,11 МПа-1 (0,00011 кПа-*1 ).
Средняя осадка фундамента составит:
5 = 336-0,00011-180 = 6,6 см.
Осадку от нескольких рядом расположенных фундаментов и фундаментов со сложным очертанием подошвы можно определять методом угловых точек эквивалентного слоя при условии, что эти фундаменты прямоугольные или подошва разбивается на ряд прямоугольников с равномерно распределенной нагрузкой. Последовательность расчета в этом случае аналогична определению напряжений методом угловых точек (см. гл. I). Для определения осадки точки М площадь нагружения разбивается на прямоугольники таким образом, чтобы эта точка для каждого прямоугольника с равномерно распределенной нагрузкой была угловой (рис. XI.5).
Рис. XI.5. Схема к определению осадки методом угловых точек эквивалентного слоя для точек
а — внутри контура загруженной площади; б — на контуре; в — вне контура; I—IV — площади загружеиия
176
Осадка угловой точки определяется по формуле (XI.4), но вместо/гэ подставляется /гэс=^4 где Ao>c —коэффициент эквивалентного слоя угловой точки, определяемый по табл. XI.5.
Таблица XI.5. Коэффициенты эквивалентного слоя угловых точек Л<£>с
иь	Коэффициент А <^г при |iQ						ЦЬ	Коэффициент А и>с при ро					
	0.1	0,2	0,25	0.3	0.35	0,4		0,1	0,2	0,25	0.3	0,35	0,4
1	0,57	0,6	0,63	0,69	0,79	1,01	3,8	0,98	1,03	1,09	1,18	1,36	1,74
1,2	0,62	0,65	0,69	0,75	0,86	1.1	4	0,99	1,05	1.1	1,2	1,38	1,77
1,4	0,67	0,7	0,74	0,81	0,93	1,19	4,4	1,02	1,08	1,14	1,24	1,42	1,82
1,6	0,71	0,74	0,79	0,86	0,99	1,26	4,8	1,05	1,Н	1,17	1,27	1,46	1,87
1,8	0,74	0,78	0,82	0,9	1,03	1,32	5	1,06	1,12	1,18	1,29	1,48	1,89
2	0,78	0,82	0,86	0,94	1,08	1,38	6	1,12	1,18	1,25	1,36	1,57	2
2,2	0,80	0,85	0,9	0,97	1,12	1,43	7	1,18	1,24	1,3	1,42	1,63	2,09
2,4	0,83	0,88	0,92	1,01	1,16	1,48	8	1,22	1,28	1,35	1,47	1,69	2,16
2,6	0,86	0,9	0,95	1,04	1,19	1,52	9	1,25	1,32	1,39	1,52	1,74	2,23
2,8	0,88	0,93	0,98	1,07	1,22	1,57	10	1,29	1,36	1,43	1,56	1,79	2,29
3	0,9	0,95	1	1,09	1,26	1,6	12	1,35	1,42	1,5	1,63	1,87	2,39
3,4	0,94	0,99	1,05	1.14	1,31	1,68	20	1,51	1,59	1,68	1,83	2,2	2,69
Задачи по определению осадки сводятся к одной из трех схем или к комбинации из них.
I схема. Точка М лежит в пределах загруженной площади (рис. Х1.5,а). Площадь нагружения разбивается на четыре прямоугольника. Полная осадка
S = (^ с + С + ЧЧ + Л’УС) «о Рос .
II схема. Точка М лежит на контуре загруженной площади (рис. Х1.5,б). Площадь нагружения разбивается на два прямоугольника. Осадка определяется из выражения
п
S с 4” с) Рос Рос	
1
III схема. Точка М лежит вне контура загруженной площади (рис. Х1.5,в). Прикладывается фиктивная нагрузка (прямоугольники III и IV), и решение сводится ко второму случаю. Полная осадка определяется как алгебраическая сумма осадок от действующих и фиктивных нагрузок:
S = (ftj е-А« + Л™ -й«у) а0 Рее-
Метод линейно-деформируемого слоя конечной толщины (предложен К. Е. Егоровым). В этом методе осадка определяется от всех составляющих напряжений, возникающих в основании, с учетом формы подошвы фундамента в плане. Величи
177
ну осадки определяют по теории линейно-деформируемого полупространства, но для ограниченной толщи грунта (условия нахождения сжимаемой толщи грунтов приведены ниже на стр. 179).
Влияние напряжений на различной глубине на величину осадки оценивается безразмерным коэффициентом k, учитывающим суммарное напряжение в рассматриваемой толще. Для однородного основания коэффициент k определяется для глубины, равной границе сжимаемой толщи; для слоистых оснований — из разности коэффициентов на глубине, равной подошве слоя ki, и на глубине, равной кровле рассматриваемого СЛОЯ ki-i.
Величина коэффициентов k зависит от формы подошвы фундамента, соотношения сторон прямоугольного фундамента п—ЦЬ и отношения глубины залегания подошвы рассматриваемого слоя z к полуширине фундамента m—z: fc/2 или к его радиусу m=zlr. Величины этих коэффициентов приведены в табл. XI.6. Сжимаемость грунтов каждого слоя оценивается модулем общей деформации ЕОА
Таблица XL6. Коэффициенты k для различных фундаментов
т = г; Ь}2 или т = = г{г	Круглых радиусом г	Прямоугольных с соотношением сторон п=1]Ъ						Ленточных л >14
		1	1,4	1,8	2,4	3,2	5	
0	0	0	0	0	0	0	0	0
0,4	0,09	0,1	0,1	0,1	о,1	0,1	0,1	0,1
0,8	0,18	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2	0,21
1,2	0,27	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3	0,31
1,6	0,35	0,38	0,39	0,4	0,4	0,4	0,4	0,41
2	0,41	0,45	0,47	0,48	0,49	0,49	0,49	0,51
2,4	0,46	0,5	0,54	0,56	0,56	0,57	0,57	0,6
2,8	0,5	0,54	0,59	0,62	0,64	0,64	0,64	0,69
3,2	0,53	0,58	0,64	0,67	0,7	0,71	0,71	0,76
3,6	0,56	0,61	0,68	0,72	0,75	0,77	0,77	0,83
4	0,58	0,63	0,71	0,76	0,8	0,82	0,83	0,89
4,4	0,6	0,65	0,74	0,79	0,84	0,87	0,88	0,95
4,8	0,61	0,67	0,76	0,82	0,87	0,91	0,93	1
5,2	0,62	0,68	0,78	0,88	0,9	0,95	0,98	1,05
6	0,64	0,71	0,81	0,89	0,96	1,01	1,06	1,14
6,8	0,66	0,73	0,84	0,92	1	1,06	1,12	1,22
7,6	0,67	0,74	0,86	0,95	1,04	1,11	1,18	1,28
8,4	0,68	0,76	0,88	0,97	1,06	1,15	1,23	1,35
9,2	0,69	0,77	0,9	0,99	1,09	1,18	1,27	1,4
10	0,7	0,78	0,91	1	1,11	1,2	1,31	1,51
12	0,71	0,79	0,93	1,04	1,15	1,26	1,38	1,55
В слоистых основаниях осадка вычисляется для каждого входящего в них пласта в пределах сжимаемой толщи в предположении, что этот пласт является частью однородного основания, распространенного от подошвы фундамента вниз до бесконечности (рис. XI.6,б—г).
178
Полная осадка фундамента определяется суммированием осадок пластов A, 1’2, /з. как бы изъятых из отдельных грунтовых массивов (рис. Х1.6,а):
Рис. XI.6. Схема к определению осадки методом послойного суммирования а — окончательная эпюра; б—г —• вспомогательные эпюры; 1—3 — пласты, входящие в основание
(XI.5)
где b — ширина прямоугольной или диаметр круглой подошвы фундамента; рср — среднее давление по подошве фундамента (в этом методе осадка определяется от среднего давления, т. е. рОс=Рср); kt— коэффициенты, определяемые по табл. XI.6 для »-го слоя в зависимости от формы подошвы фундамента, соотношения сторон прямоугольного фундамента п=1]Ь и отношения глубины .залегания подошвы пласта z к половине его ширины m=2zj\b или к радиусу m=z/r; М — поправочный коэффициент, зависящий от отношения сжимаемой толщи И к половине ширины (m'=2HJb) илн к радиусу (т'=Н1г) фундамента:
при 0<т'^0,5|.......................Af =<1
»	0,5<лг'^1,.......................А4=Ю„95
»	К/п'^2...........................Af=O,9
»	2<т'^3...........................М=0,8
»	ЗСт'г^б..........................Л! =*0,75
Метод линейно-деформируемого пространства рекомендует СНиП 11-15-74 для расчета осадок оснований в двух случаях: первый случай, когда в пределах мощности сжимаемой толщи, определенной способом, указанным в методе послойного суммирования, залегают грунты с модулем общей деформации fo^lOO МПа — расчетная толща принимается до кровли этого слоя; второй случай, когда под фундаментом с шириной подошвы или диаметра более 10* м, залегают грунты с модулем общей деформации £о^10 МПа — расчетная толща грунта определяется по формуле
Hv = HB + tb,	(XI.6)
179
где п0 — условная мощность сжимаемой толщи, принимаемая для основании, сложенных глинистыми грунтами, 9 м, песчаными — 6 м; t — показатель, учитывающий ширину подошвы фундамента, принимаемый для глинистых грунтов 0,15, для песчаных 0,1; Ъ — ширина или диаметр подошвы фундамента.
Для оснований, сложенных глинистыми и песчаными грунтами, значение Яр определяют как средневзвешенную величи
Рис. XI.7. Расчетная схема к примеру XI.4
1 — суглинок; 2 — глина
ну значений Но и t.
Величина Нр, найденная по формуле (XI.6), должна быть увеличена на толщину слоя грунта с модулем деформации £о< <10 МПа, если этот слой расположен ниже Яр и его толщина не превышает 5 м. При большей толщине таких слоев или если они залегают в пределах расчетной толщи Яр осадку рекомендуется определять методом элементарного суммирования.
Пример XI.4. Определить осадку железобетонного фундамента с круглой подошвой диаметром ,12 м, заложенного иа глубину 3 м, при среднем давлении на основание 0,2 МПа. В основании залегают грунты: первый слой — суглинок, толщина слоя 4,8 м, модуль деформации £0 = 15 МПа; второй — глина, толщина слоя 9,2 м, модуль деформации Ео=* =22 МПа (рис. XI.7).
Решение. Осадку для широкого фундамента определяем методом послойного суммирования с ограниченной сжимаемой толщей по Формуле (XI.5).
Вначале по формуле (XI.fi) определяем мощность расчетной толщи. Для глинистых грунтов значения Ив—9 м; /=0,15;
Яр = 9 4-0,15-12 = 10,8 м.
Определяем значения коэффициентов k по табл. XI.6;
непосредственно под подошвой фундамента £1=0;
на глубине 4,8 м т}—4,8/6 =0,8, £2=0,18;
иа глубине 10,8 м т2= 10,8/6= 1,8; интерполяцией между значениями для т=1,6, £=0,35 и т=2, £=0,41 находим £3=0,38.
Для т'=10,8/6 =1,8 поправочный коэффициент М=0,9.
Осадка будет равна:
о г. „ г. л /0,18 — 0	0,38 —0,18 \
S = 12-0,2-0,9 -------- Ч--2---—1—1 = 0,045 м (4,5 см).
\	10	22	/
§ 53. Определение крена фундаментов
Крены фундаментов на однородном и слоистом основаниях с согласным залеганием слоев от действия внецентренной нагрузки, приложенной в пределах ядра сечения, определяют с учетом формы их подошвы (рис. XI.8).
180
Крены жесткого фундамента с круглой и кольцевой подошвами определяют по предложенной К. Е. Егоровым и Ф. И. Бо-родачевой формуле
1-|»“ Ne
--Г,	(XI.7>
£о “н
Рис. XI.8. Схема к определению крена и осадки любой точки подошвы фундамента
а — ленточного; б — круглого сечения; в — кольцевого сечения
rps v — коэффициент, зависящий дошвы dB к наружному dH:
dBJdB ........ 0
v..................1
Ео — модуль общей деформации
щей относительной поперечной деформации грунта; N — полная расчетная нагрузка на фундамент; е — эксцентриситет (расстояние от точки приложения силы до центра тяжести подошвы фундамента).
По формуле (XI.7) можно также определять крен фундамента с подошвой в форме правильного многоугольника, принимая v=l и r=^FJn, где F — площадь фундамента.
Крен для круглого фундамента определяется по расчетной схеме основания в виде линейно-деформируемого слоя конечной толщины по формуле
1-Г2
от отношения
1,2 1,003
грунтов
внутреннего диаметра по*
0,6
1,04
0,8
1,119
0,9 1,223
1,4
1,012
основания; Цо — коэффициент об-
N е kc
Ео где kc — коэффициент, зависящий от отношения руемого слоя Н к радиусу фундамента:
Н[г................ 0,25	Ю,5
kc	.	...	О,,26	0,43
г>
! 0,53
(XI.8>
толщины линейно-деформи-
2 0,74
0,75
Крен жесткого прямоугольного фундамента на основании с ограниченной сжимаемой толщей Н определяется:
181
в продольном направлении
1 Ро N йпр I = ki ------ ------ .
£о (Z/2)3
в поперечном направлении
1 Ро епоп
I = kh	 ------
Ео (Ь/2)»
(XI.9)
(XI.10)
где епр и епоп — эксцентриситет соответственно в продольном I и поперечном b направлениях; 6 и Z — ширииа и длина подошвы ленточного и прямоугольного фундаментов; ki н kb — безразмерные коэффициенты, зависящие от соотношения сторон подошвы фундамента
1/Ь .	. . 1	1,4	1,8	2,4	3,,2	5
kt .	. 0,55	0,71	0,83	0,97	Ы	1,44
	. 0,5	0,39	0,33	0,25	0,19	10,13
При слоистых основаниях в формулы (XI.7) — (XI. 10) подставляются средние значения £0.ср и р.0.ср в пределах сжимаемой толщи:
р___________fi + fs+.-.+Л.
°’ СР Eoi Еог	Еоп
Ft + F2 +•••+ Fn
Ро i Fi -f- ро 2 Ft ... + Ро n Fn
I1O-CP-	Л + ^+.-.+^п
где Еоъ Ео2~ Eon — модули общей деформации; ipoi> Роъ ..., роп — коэффициенты общей относительной поперечной деформации отдельных однородных слоев грунта в пределах сжимаемой толщи; F)( Ft,	Fn — площади
эпюр дополнительных давлений для отдельных однородных слоев в пределах сжимаемой толщи (см. рис. XI.2).
Значения £0.ср и у,0.ср просто определить, если известна осадка фундамента от центральной нагрузки.
Полная осадка любой точки подошвы фундамента определяется суммированием средней осадки Scp и осадки от крена AS' (см. рис. XI.8,а):
S = Scp±z/i = S±AS,	(XI.11)
где у — расстояние от середины подошвы фундамента до точки, в которой определяется осадка.
Для случая, когда средняя осадка Зср жесткого прямоугольного фундамента на слоистом основании вычислена вначале от действия центрально приложенной нагрузки, Н. В. Лале-тиным предложено для определения крена следующее выражение:
•Sep
(XI.12)
где Sep — средняя осадка основания от центрально приложенной нагрузки; е—эксцентриситет приложения равнодействующей; d— диаметр круглой, ширина или длина прямоугольной подошвы фундамента; А — коэффициент,
182
зависящий от величины 1/Ь; Аг — при крене в направлении большей и Д __
то же, в направлении меньшей стороны фундамента:	а
ЦЬ.................... . : 1	1,5 2	3	4	5	7 Ю
А,....................... 4,55	2,4	1,43	0,68 0,41	0,27	0 14	О OR
Ai....................... 4,55	4,28	3,95	3,51 3	2,8	2*6	2*6
Пример XI.5. Определить крен железобетонного фундамента водонапорной башни, рассчитаииого в примере V.4. Фундамент имеет круглую подошву г!=8,5 м, глубина заложения 3 м. Основание башни сложено грунтами, у которых Ео='10 МПа и jXo=0,2.
Полная нагрузка иа фундамент от башни М=7,2 МН, момент на его подошве М=1,44 МН-м.
Решение. Нагрузку от фундамента определяем приближенно при значении Руср=11 т/м3:
3,14-8,52
Qcp = —-----— 3101 = 1,7 МН.
4
Полная нагрузка от башнн и фундамента приложена к подошве с эксцентриситетом
1,44
е = ГТ—~ = °.I6 м-
7,2 + 1,7
Крен определяем по формуле (XI.7) при v=.l:
1—0,32 8,9 0,16
*=6-1 ---77-=— —7-’-;— =0,0013 < 0,005,
10	8,58
т. е. меньше, чем предельно допустимый крен.
В основаниях рядом расположенных сооружений или фундаментов в результате их взаимного влияния возникают дополнительные местные напряжения и дополнительные деформации (рис. XI.9), которые зависят от расстояния между фундаментами и очередности их возведения. Чем больше расстояние между фундаментами, тем, естественно, меньше сказывается это влияние. При одновременном возведении сооружений наблюдается дополнительная их осадка и взаимный крен друг к другу (рис. Х1.9,о:). При возведении их в разное время наблюдается дополнительная осадка и крен в одну сторону, при этом вновь возводимый фундамент будет иметь больший крен (рис. Х1.9,б), чем существующий.
Величины дополнительных деформаций оснований от пригрузки соседними сооружениями вычисляются по осадкам крайних точек фундаментов 5Л и Sn, которые определяют методами угловых точек эквивалентного слоя или элементарного суммирования.
Пример XI.6. Методом угловых точек эквивалентного слоя определить дополнительные осадки и крен железобетонного фундамента здания, которые возникают в результате влияния соседнего фундамента, возведенного под оборудование. Размеры подошв фундаментов приведены на рис. XI.10. Среднее давление по подошве проектируемого фундамента рср=0,25 МПа. Основание сложено супесью, ао=0,05 МПа-1, р,о=‘0,3.
Решение. Осадки вычисляем отдельно для точек Mi и Мг. Осадку точки Mi определяем по III схеме, добавляя фиктивную нагрузку. В данном случае задача симметричная, что упрощает ее решение, и коэффициенты экви
183
валентного слоя определяем для двух прямоугольников I и II (см. рис. XI.5,6).
Для I прямоугольника Ii/fci=450/150=3. По табл. XI.5 при ро=0,3
Ашс=1,1, отсюда hg0 =1,1 •150=164 см.
Для II прямоугольника /ц/6ц=1150/150=1; А<ос=О,69; ft’J. —0,69-150= = 103 см.
Рис. XI. 10. Определение дополнительной осадки существующего фундамента от вновь возводимого (к примеру XI.5)
а — схема расположения фундаментов (пунктиром обозначен возводимый фундамент); б —схемы для определения осадки в точке Мг, в — то же, в точке Мз
Рис. XI.9. Схема деформаций от взаимного влияния рядом расположенных фундаментов или сооружений
<2 — при одновременном возведении; б —• при возведении в две очереди
Осадку определяем по формуле (XI.5):
S, =2 (164 —103) 0,05-0,25 = 1,5 см.
Осадку точки М2 определяем по II схеме. Задача тоже симметричная, рассматриваем один прямоугольник III (см. рис. Х1.5,е):
/П/Ьп =300/150 = 2; A<of = 0,94;
h[lc = 0,94-150= 140,7 см.
Осадка в точке Мг будет:
8„ = 2-140,7 0,05 0,25 = 3,5 см.
Дополнительный крен фундамента определяется по формуле (IV.2)j
3,5—1,5
I =	=0,013.
150
184
Дополнительную осадку от фундаментов, расположенных на одной оси, можно определить из разницы осадок двух условных фундаментов, найденных методом эквивалентного слоя. Для определения дополнительной осадки среднего фундамента в точке 0 от двух крайних (рис. XI.11) найдем осадки двух условных фундаментов, занимающих площадь aX^i и aXt, и из осадки первого фундамента вычтем осадку второго фундамента:
5доп = (^э — Л, ) ао рос .
Дополнительная осадка только от одного фундамента S= =5доп/2.
Крен фундамента при неоднородных основаниях с выклинивающими и разными по мощности пластами определяется методом угловых точек эквивалентного слоя или методом элементарного суммирования для точек 5Л и Sn, как указано выше.
Рис. XI.11. Определение методом эквивалентного слоя дополнительной осадки фундамента от соседнего фундамента
1, 2 — существующие фундаменты; 3 — фиктивный фундамент; 4, 5 — условные фундаменты
§ 54.	Затухание осадки во времени
Затухание осадки грунтов во времени (их консолидация) является сложным процессом, на который оказывают влияние водопроницаемость, структура, поровое давление, ползучесть скелета грунта, сжимаемость самих минеральных частиц, воды, защемленного воздуха, условия нагружения, геологическое строение площадки и другие факторы.
Обобщенное решение задачи затухания осадки в замкнутом виде из-за сложности происходящих процессов в настоящее время отсутствует. В расчетных моделях, схемах и методах вводятся различные допущения, предпосылки и упрощения, приемлемые только для отдельных видов грунтов и условий их нагружения.
Наиболее простой, доведенной до рабочего состояния является фильтрационная теория койсолидации (уплотнения) грунтов. В этой теории рассматриваются грунты с полным насыщением пор свободной гравитационной водой. Скорость затухания осадки зависит от скорости выдавливания (фильтрации) воды из пор уплотняемого грунта. Решение получено для
7 Зак. 274
185
одномерной задачи с прямоугольной и треугольной эпюрами уплотняющих давлений в предположении, что ток фильтрационной воды направлен вертикально и в начальный момент все внешнее давление воспринимает вода. По мере отжатия воды из пор в работу включаются минеральные частицы. Когда всю нагрузку воспримут минеральные частицы, осадка прекратится. Используя метод эквивалентного слоя, в котором все задачи приводятся к одномерным, фильтрационную теорию консолидации грунтов можно применить и для других видов нагружения.
По фильтрационной теории консолидации осадка для заданного времени / в общем виде будет:
St = USK,	(XI.13)
где SK — конечная величина осадки; определяется по формуле (XI.4); U — степень уплотнения (доля от полной осадки за время I); определяется по табл. XI.7.
Таблица XI.7. Значения коэффициента N
o=sz/sK	Коэффициент N															
			Схема 1						Схема 2			Схеь J			ia 3 р .	
							С	• г							~1	
				Ей;								с			г	
0,05	0,005	0/006	0-002
0,1	0,02	0,12	0,005
0,15	0,04	0,18	0,01
0.2	0,08	0,25	0,02
0,2.5	0,Ь2	0,31	0,04
0,3	0,17	0,39	0,06
0,35	0,24	0,47	0,09
0,4	0,31	0,55	0,13
0,45	0.39	0,63	0,18
0,5	0,49	0,73	0,24
0,55	0,,59	0„84	0,32
0,6	0,71	0,95	0.4'2
0,65	0,84	1,1	0,54
0,7	1	1,2'4	0,69
0,75	1,18	1,42	0.88
0,8	1,4	1,64	1..08
0,85	1,69	1,93	1,36
0,9	2.09	2,35	1.77
0.95	2,8	3,17	2.54
0.98	3,63	3.87	3.49
1	СО	ОС	ОС.
186
Для прямоугольной эпюры давлений степень уплотнения определяется из выражения
14»1—(XI.14)
Л2
для треугольной эпюры с вершиной у верха слоя
1 e~N ,	(XI.14а)
где N — коэффициент, зависящий от физических свойств грунта, толщины слоя, условий консолидации и времени;
здесь с„ — коэффициент консолидации; си = --; k — коэффициент филь-
трации грунта; а0 — относительный коэффициент сжимаемости; — объемная масса воды.
Расчет затухания осадки во времени можно вести по двум вариантам: первый — задаваясь временем t, определяют величину осадки S/ для этого времени; второй — задаваясь долей осадки U, определяют время, через которое она произойдет, и, построив график затухания осадки во времени	можно
определить осадку для любого отрезка времени. Для второго варианта составлены вспомогательные таблицы, поэтому он предпочтительнее.
Расчет затухания осадки удобно вести в табличной форме. Сначала по формуле (XI.4) определяют конечную осадку. Далее задаются различными величинами U, и для них по табл. XI.7 определяют значение N. Затем для каждого значения N и соответствующего U определяют время t:
4№
t=------N = TN.	(XI.15)
л2 ce
Для коэффициента фильтрации следует выбрать такую размерность, при которой величина Т будет иметь наименьшее числовое значение; он может быть выражен в см/с, см/ч, см/сут, см/год (1 см/с=3,6-103 см/ч=8,6-104 см/сут=3,17Х XIО7 см/год).
Для вычисленного по формуле (XI. 15) времени определяют осадку S/ и строят график St — USK.
Для метода эквивалентного слоя, по Н. А. Цытовнчу, возможны следующие расчетные схемы.
В однородных основаниях эпюра уплотняющих давлений на глубину H—Zhz заменяется эквивалентной треугольной эпюрой (рис. XI.12). В расчет принимается толща, равная И, и ток фильтрационной воды в ней предполагается вертикальным. В глинистых грунтах с песчаной прослойкой на глубине Н возможна двухсторонняя фильтрация воды (рис. XI. 12,а).
Зак. 274
187
Этот случай аналогичен уплотнению слоя грунта при прямоугольной эпюре высотой h=0,5H=h9 (см. схему 1 в табл. XI.7). В глинистых грунтах, мощность которых превышает Н, прини-
Рис. XI.12. Расчетные схемы определения осадки в однородных основаниях а—при двухсторонней фильтрации; б — при односторонней фильтрации
Рис. XI. 13. Расчетные схемы определения осадки слоистых оснований
а — при двухсторонней фильтрации; б — при односторонней фильтрации; в — при нали чип глинистой прослойки в песчаных грунтах: г — при наличии скалы
188
мается односторонняя фильтрация вверх (рис. XI.12,б). Расчет ведется для треугольной эпюры высотой h=H—2he (см. схему 3 в табл. XI.7).
В основаниях со слоистым напластованием грунтов эпюра уплотняющих давлений принимается треугольной с высотой H=2hB. Коэффициент консолидации с„ в формуле (XI.15) вычисляется по средним значениям коэффициента относительной сжимаемости аот> коэффициента пористости ет и коэффициента фильтрации km. В слоистых основаниях, сложенных различными глинистыми грунтами, подстилаемых песчаной прослойкой на глубине Н, фильтрация принимается двухсторонней (рис. XI.13,а). Расчет ведется по схеме 1Ь табл. XI.7; высоту прямоугольной эпюры принимают h—0,5 H=he.
В слоистых глинистых основаниях, мощность которых более Н, фильтрация принимается односторонней (рис. XI.13,6). Расчет ведется по схеме 3; высота треугольной эпюры h—H=2hB.
В основаниях с пластами глинистых и песчаных грунтов затуханием осадки песков можно пренебречь и определять осадку только для глинистой прослойки (рис. XI.13,в). Расчет можно вести по схеме 1 от среднего давления рСр слоя и высоте h—hi при односторонней фильтрации и А—0,5 hi при двухсторонней фильтрации.
Если в пределах сжимаемой толщи основания Н залегает скальная порода (рис. XI.13,а), при двухсторонней фильтрации (скала несжимаемая, но водопроницаемая) затухание осадки определяется по схеме 1 от среднего давления рСр и высоте слоя h=hi; при односторонней фильтрации (скала водонепроницаемая и несжимаемая) — по схемам 1—3 и высоте слоя h—hi. Коэффициент относительной сжимаемости для скалы принимают ао=0.
Для водонасыщенных грунтов, плохо связывающих воду (мелкие и пылеватые пески, супеси, пластичные суглинки), приведенные решения дают удовлетворительные результаты. Иногда эти решения применяют для предварительной оценки затухания осадки других видов грунтов.
Расчет затухания осадки необходим главным образом для глинистых грунтов, так как осадка песков заканчивается в основном в период строительства.
Пример XI.7. Определить затухание осадки основания ленточного фундамента, рассчитанного в примере XI.3. Конечная осадка фундамента 6,6 см. Коэффициенты фильтрации грунтов основания приведены в табл. Ш.З (площадка № 1).
Решение. Расчет ведем по схеме б (см. рис. XI. 13) слоистого основания с направлением фильтрации вверх, учитывая, что водопроницаемость грунтов с глубиной уменьшается (см. рис. XI.4 и XI.13).
Высота треугольной эпюры 77=6,72 м (см. пример XI.3).
Для определения среднего коэффициента пористости сначала найдем среднюю приведенную высоту слоя (коэффициенты пористости слоев указаны в примере ШЛ):
189
_	60	250	280	82
°-' 1 4-0,67 + 1 4-0,678 + 1 +0,63 +120,78 =407 СМ;
672 — 407 вт~ 407	= 0-652-

Средний коэффициент фильтрации 	60 + 250 + 280 + 82_ 60_______________________________________250	280	82
510“3 1 2 10~4 + 1-10~6 + 8-10~9
= 6,4-10~8 .
По полученным данным вычисляем коэффициент консолидации.
Средний относительный коэффициент сжимаемости определен в примере XI.3: оОт==0,00011 кГ1а~’; плотность воды принимаем yw=0,001 кг/см3;
6,4-10~8
0,00011 10 0,001
= 5,8-10 2 см*/с.
Для того, чтобы показатель Т в формуле (XI.5) имел наименьшее числовое значение и чтобы упростить вычисления, его размерность принимаем в см/год. Тогда коэффициент консолидации будет:
cvm = 5,8-10~3-3,17-107= 184 000 см2/год.
Дальнейшие вычисления сводим в табл. XI.8. Предварительно найдем величину показателя Т:
„ 4Нг 4-6723
Т =------— — ~ ] год
2cw	9,87-184 000
Таблица Х1.8. Вычисление затухания осадки во времени при Г=1 год
и	N (схема 3. табл. XI.7)	N, годы	= US к, см
0	0	0	0
0,1	0,005	0,005	0,66
0,2	0,02	0,02	1,32
0,3	0,06	0,06	1,98
0,4	0.1G	0,13	2,64
0,5	0,24	0,24	3,3
0,6	0,42	0,42	3,96
0,7	0,69	0,69	4,62
0,8	1,08	1,08	5,28
0,9	1,77	1,77	5,94
ад5	2,54	2,54	6,26
0,98	3,49	3,49	6,46
По полученным данным строим график затухания осадки во времени (рис. XI. 14).
Осадки фундаментов на песчаных и глинистых грунтах твердой консистенции от постоянной нагрузки, возрастающей со скоростью не более 0,1 МПа за 1 мес, допускается считать
190
Рис. XI.14. График затухания осадки во времени (по данным примера XI.7)
заканчивающимися во время строительства, а на глинистых грунтах пластичной консистенции — считать, что во время строительства произошла только половина осадки от действия постоянной нагрузки.
§ 55.	Проектирование оснований по предельным деформациям
Основные положения проектирования оснований по предельным деформациям изложены в гл. II.
При проектировании по предельным деформациям по абсолютным осадкам отдельных фундаментов, осадкам отдельных сечений ленточных фундаментов и сплошных плит устанавливают разности осадок отдельных опор и стен и по ним — возможные деформации конструкций и элементов зданий и сооружений.
Состав поверочных расчетов назначают применительно к требованиям, приведенным в гл. IV, в зависимости от назначения, конструктивных и эксплуатационных особенностей зданий и сооружений с учетом условий приложения к ним нагрузок и воздействий, напластований и свойств грунтов основания.
Разные по величине осадки отдельных фундаментов возникают из-за неоднородности грунтов основания, особенностей действующих нагрузок, их интенсивности, условий и времени приложения, разных величин постоянных и временных нагрузок, разной скорости затухания осадки грунтов основания во времени.
Некоторые факторы, влияющие на величину и разность осадок, могут быть учтены непосредственно при определении основных размеров фундаментов и их абсолютной осадки, другие факторы — только в результате сопоставления осадок соседних фундаментов.
При оценке осадок грунтов основания нужно предвидеть, что каждая, даже кратковременно приложенная нагрузка вызывает некоторую остаточную деформацию, поэтому следует оценивать не только общее напряженное состояние основания,
191
а накапливание и характер изменения осадок основания во времени и влияние их на деформации надземных конструкций.
В связи с этим осадки следует определять во времени раздельно от постоянных S/пост, временных длительных 5>/Вр.дл и кратковременных StKp, а при необходимости и от особых нагрузок:
З/^пост + ^вр.дл + ^кр-	(XI.16)
Постоянные нагрузки увеличиваются постепенно, и возрастание их можно принять по линейному закону от нуля до постоянной величины. Если здание не подвергается реконструкции, они постоянно приложены к основанию.
К моменту ввода зданий и сооружений в эксплуатацию осадки от постоянной нагрузки частично или полностью заканчиваются. Отдельные конструкции и элементы за это время могут «приспособиться» к осадкам, а последствия деформации устранены (например, уклоны перекрытий и подкрановые балки выровнены бетоном, устранены дефекты стыков, коммуникаций и пр.).
Для уменьшения влияния неравномерных осадок от постоянных нагрузок на прочность сооружения могут быть предусмотрены конструктивные схемы и приспособления, применены специальные мероприятия при производстве работ, например замоноличивание отдельных стыков и узлов к концу строительства.
Деформации зданий и сооружений при эксплуатации в этих условиях будут происходить от временных нагрузок. Осадка от временных нагрузок добавляется к продолжающимся осадкам от постоянных нагрузок.
Методы расчета осадок от действия постоянных и временных нагрузок, приложенных в разное время, еще не разработаны. Осадки от этих нагрузок следует определять раздельно по формулам, приведенным в этой главе, однако характеристики сжимаемости для временных нагрузок необходимо принимать с учетом упрочнения грунта от ранее приложенных нагрузок.
Изменение осадки одиночных фундаментов во времени тем больше, чем больше разность между постоянными и временными нагрузками. Предварительная оценка соотношений временных (NB) к полным нагрузкам (Nn+NB) на фундамент J или давлений от них (рв и Рп+Рв) на основания /
г М . Рв
J _ ------- . . __ -----
М + М	Рп + Рв
снизит число поверочных расчетов.
Чем ближе будут эти соотношения у группы рассчитываемых фундаментов, тем меньше будут разности их осадок при эксплуатации на однородном основании.
192
Значения J и j зависят от конструктивной схемы зданий или сооружений. В бескаркасных зданиях с несущими продольными внутренними и наружными стенами разница этих значений минимальна; в зданиях с каркасом по полной схеме у внутренних колонн она больше, а у пристенных колонн и самонесущих стен максимальна. В зданиях с каркасом по неполной схеме у внутренних колонн она больше, чем у наружных несущих стен.
Вначале следует рассчитать два фундамента с наибольшим и наименьшим значениями отношений / и /, так как разности их осадок к окончанию строительства и в период эксплуатации будут максимальными.
Для облегчения расчетов большого количества фундаментов; можно воспользоваться следующим приемом. Из условия равенства осадок двух фундаментов Si=Sa необходимую ширину фундамента по методу эквивалентного слоя можно найти по ширине уже рассчитанного фундамента из следующего выражения:
Л <01 с01 Рос 1 . 62=—---- ---- &1.
А (Й2 ЯО 2 Рос 2
У фундаментов с одинаковой формой подошвы и одинаковыми по сжимаемости грунтами оснований соотношение упрощается, так как у них равны величины Л<о и ао и Ь$= = (Poci/Росг) Ьь
Этот прием не исключает окончательного расчета для второго фундамента, но облегчает подбор размера его подошвы.
Наиболее близкие результаты в этом случае будут при однородных основаниях под всеми фундаментами и слоистых основаниях с согласным залеганием при небольшой сжимаемости отдельных слоев.
Таким образом, на однородных основаниях при одинаковой форме подошв фундаментов их предварительные размеры нужно подбирать, сообразуясь не только с расчетным давлением на грунт, но и с соотношением действующих на них нагрузок.
Глава XII. РАСЧЕТ УСТОЙЧИВОСТИ ОСНОВАНИЙ
§ 56.	Определение предельных давлений на грунт
Основные положения проектирования оснований по устойчивости изложены в гл. IL
В зависимости от постановки задачи устойчивость грунтов основания оценивается предельным давлением рпред или предельной нагрузкой, которую может воспринять основание, Ф.
193
Предельное давление Рпред и устойчивость грунтов основа-
ния определяется с помощью различных приемов и методов расчета. Окончательные результаты, полученные разными ме
тодами, могут иметь расхождения, поэтому перед проектированием необходимо сопоставить фактические условия работы
Рис. XII.1. Расчетная схема к определению предельного давления на грунт (цифры приведены к примеру XII.1)
грунтов основания с принятыми в расчетах и выбрать оптимальную схему.
Существующие методы расчета можно разбить на две группы: к первой относятся методы, в которых предельное давление и форма поверхностей скольжения (поверхности, по которым возможны потери устойчивости) грунтов основания определяются по теории предельного напряженного состояния; ко второй — методы, в которых поверхностями скольжения предварительно задаются и для них
из условия потери устойчивости грунтов определяют предельное
давление.
Некоторые из многочисленных методов и приемов нахождения предельных давлений и устойчивости оснований рассмотрены ниже.
Для сооружений с вертикальными и горизонтальными нагрузками предельные давления можно определить по формулам В. В. Соколовского, в основу которых положены решения теории предельного равновесия для полубесконечной нагрузки, действующей на поверхности грунта (рис. XII.1). При выводе формулы грунт, находящийся выше подошвы фундамента, заменен пригрузкой q=gyicph. Силы трения грунта о подошву фундамента, его жесткость, упругое ядро под ним не учитываются, и предполагается, что весь объем перемещаемого грунта находится в предельно напряженном состоянии.
Для широкого ленточного фундамента вертикальная и горизонтальная составляющие определяются по формулам:
Рпред=Л^¥4'у1 y + Nqq + NcC' :	(XII.1)
^прев = Рпре в tg б,	( XII. 2 )
где N , Nq и Nc — коэффициенты несущей способности грунта, определяемые по табл. XII.1 в зависимости от угла наклона 6, под которым приложена нагрузка, и от угла внутреннего трения грунта основания <рь у — абсцисса точки в пределах ширины фундамента, для которой определяется давление (O=£^SSb); yi и ci — объемная масса и силы сцепления грунтов основания.
194
Коэффициенты несущей способности в формуле (XI 1.1)
8, град	Коэффициенты		внУтРен1^^^7^- ф,, град									
		0	5	10	15	20	25	30	35	40
0		0	0,17	0,56	1,4	3,16	6,92	15,32	35,19	86,46
		1	1,57	2,47	3,94	6,4	10,7	18,4	33,3	64,2
		5,14	6,49	8,34	11	14,9	20,7	30,2	46*2	75,3
5	Nv	—	0,09	0,38	0,99	2,31	5,02	И,1	24,38	61,38
	N,	—	1,24	2,16	3,44	5,56	9,17	15,6	27,9	52,7
		—	2,72	6,56	9,12	12,5	17,5	25,4	38,4	61,6
10	Nv	—	—	0,17	0,62	1,51	3,42	7,64	17,4	41,78
	N,	—	—	1,5	2,84	4,65	7,65	12,9	22,8	42,4
	Nc	—	—	2,84	6,88	10	14,3	20,6	31,1	49,3
15	Ny	—	—	—	0,25	0,89	2,15	4,93	11,34	27,61
	Nq	—	—	—	1,79	3,64	6,13	10,4	18,1	33,3
	Nc	—	—	—	2,94	7,27	11	16,2	24,5	38,5
	Ny	—	—	—	—	0,32	1,19	2,92	6,91	16,41
20	N,	—	—	—	—	2,09	4,58	7,97	13,9	25,4
	Nc	—	—	—	—	3	7,68	12,1	18,5	29,1
	Ny	—	—	—	—	—	0,38	1.5	3,85	9,58
25		—	—	—	—	—	2,41	5,67	10,2	18,7
	Nc	—	-—	—	—	—	3,03	8,09	13,2	21,1
	Ny	—	—	—	—	—	—	0,43	1,84	4,96
30	Nq	—	—	—	—	—	—	2,75	6,94	13,1
	Nc	—	—	—	—	—	—	3,02	8,49	14,4
	Ny	—	—	—	—	—	—	—	0,47	2,21
35	Nq	—	—	—	—,				—	—.	3,08	8,43
	Nc	—	—	—	—	—	—	—	2,97	8,86
	Ny	—	—	—	—	—	—	—	—	0,49
40	Nq	—	—	—	—	—	—	—	—	3,42
	Nc	—		—	—	—	—	—	—	2,88
195
Для ленточных фундаментов небольшой ширины М. В. Малышевым предложено предельные давления определять для двух его граней: для левой — по формуле (XII.1) и табл. XII.1, для правой — по формуле, аналогичной (XII. 1), и табл. XII.2:
=	+	(XII.la)
Таблица XII.2. Коэффициенты несущей способности к формуле (XII.1а)
град	Коэффициенты	Угол внутреннего трения <pj , град				
		0	10	20	30	40
0	«?	О	0,5)6	3,116	15,3	86,4
		1	2,47	6,4	18,4	64,2
	Н"	6,14	8,34,	14^8	30,1	75,3
1'0	Nn V	—	0,7В	5,26	31	13,6
		—	1„65	7,7,9	23,9	90,5
	N”	—	3,69	IB,7i	39,7	105
20	Nn У	»—	—	7,8	41	176
	",	—	—	3,05	28,3	117
	№	—	—	5,64,	47,3	139
30		—	—	—	46,9	251
	№	—	—	—	6,7	141
		—	—	—	9,85	167
По найденным значениям предельных давлений строят эпюры предельных давлений. Эти эпюры изменяются по линейному закону, и их можно построить по двум значениям: Ь=0 и Ь\—у. В первой схеме строят одну эпюру, во второй — две, слева и справа; графически находят их пересечение. Полученная эпюра состоит из двух наклонных трапеций. Равнодействующая этих эпюр будет предельной нагрузкой на основание (рис. XII.2).
В тех случаях, когда расчетная и предельная эпюры давлений близко совпадают, можно ограничиться сопоставлением давлений по краям фундаментов. При несовпадении этих эпюр дополнительно сопоставляют значения полных усилий N и Ф.
Формулы (XII.1) и (XII.2) применимы для фундаментов мелкого заложения (/i^0,5fe), когда замена глубины их зало-
196

[ичину
жения боковой пригрузкой существенно! несущей способности основания.
Отметим, что многие формулы для	- -
давлений на основания (В. Г.Березан^^^^ельных имеют ту же структуру, что и формулы (2СН 1) и (XII 2) но в них значения коэффициентов несущей способности другие.
Рис. Х11.2. Эпюра предельных давлений для ленточного фундамента конечной ширины
и
Пример XII.1. Определить предельную нагрузку на основание фундамента шириной 4 м и глубиной заложения 1,5 м, если равнодействующая сила от нагрузки имеет угол наклона к вертикали 6=-15°. Основание сложено грунтами с объемной массой yi= l,8 т/м8; <pi==20°; Ci=il5 кПа.
Решение. По табл. ХИЛ определяем коэффициенты несущей способности: Ny = 0,89; JVe=3,64; JVe=7,27.
Величина пригрузки г? =18-1,5=27 кПа.
Предельные давления по формуле (XII.1):
при 0 = 0 рПред = 0,89-10-1,8-0 + 3,64-27 + 7,27-25 = 280 кПа; при у = Ь Рпред = 0,89-10-1,8-4 + 3,64-27 + 7,27-25 = 344 кПа.
Несущую способность основания для вертикальной составляющей нагрузки, когда пригрузка с разных сторон отличается по величине не более чем на 25%, рекомендуется определять по условной схеме. В этой схеме в расчет включается только та часть площади фундамента, для которой Можно считать, что нагрузка приложена центрально, а давление по подошве распределено равномерно (рис. ХП.З).	_
Несущая способность определяется по формуле ‘-Ф = Ь/(^jb'gYj + B^gyJ + Di Cj)_,	' _(ХН.З)
где b и I— приведенные ширина и длина фундамента: b=b—2вь И (==(—2d (здесь еь и ei — соответствующие эксцентриситеты приложения.равнодействующей); Ai, Bi, Di — безразмерные коэффициенты, определяемые по форму-
лам:
Ах — Ху ty Пу ;
Bi = Х^ iq tig*
— Х^ i q tig;
(Х1Г.4) (XII.5) (XII.6)
Г" i
здесь Ху , Х„ Хс — коэффициенты несущей способности грунтов основания, зависящие от расчетного значения утла внутреннего трения «pi (р»с- XI 1.4);
197
ly. ig, ic — коэффициенты, учитывающие наклон равнодействующей нагрузки и зависящие от угла ее наклона б и расчетного значения угла внутреннего треиия грунтов основания <pi (рис. XII.5); пу ,пя, пс — коэффициенты.
Рис. ХП.З. Условные размеры фундамента при определении несущей способности основания по Формуле (ХП.З)
Рнс. XI 1.4. Графики для определения коэффициентов несущей способности
Рис. XII.5. Графики для определения коэффициентов наклона нагрузки
а —I ; б — I ; в — I V Ч с
198
учитывающие влияние соотношения сторон подошвы прямоугольного фундамента на несущую способность:
пу= 1-|-0,25/п;	(XII.7)
n9= 1 + 1,5/n;	(XII.8)
пс = 1 4- 0,3/n;	(XII.9)
п — отношение длины к ширине подошвы фундамента в случае эксцентриситета их приведенных значений I и 6; yi и Yi—расчетные значения объемной массы грунтов соответственно ниже и выше подошвы фундамента в пределах возможной призмы выпирания с учетом взвешивающего действия воды для песков; щ — расчетное значение удельного сцепления грунта в пределах призмы выпирания; h — глубина заложения фундамента (при разных пригрузках принимают h со стороны меньшей пригрузки, например со стороны подвала).
Пример XI 1.2. Определить несущую способность основания фундамента с глубиной заложения h—2 м, шириной подошвы 6 = 1,6 м и длиной 1=2,8 м при равнодействующей нагрузке N, приложенной с эксцентриситетом вь=0,1 м и наклоном 6=111° к вертикали. Расчетное значение объемной массы грунтов Yi=1,9 t/ms, расчетное удельное сцепление ci=15 кПа. Расчетное значение объемной массы грунтов, залегающих выше подошвы фундамента, Tj= = 1,8 т/м3.
Решение. Несущую способность грунтов основания определяем по формуле (ХП.З). По графику (рис. XII.4) для tg 22°=0,4 находим вспомогательные коэффициенты Лу=2,7; Хв=8 и Хс=16 и для отношения tg H'/tg 22°=0,2/0,4=0,5 из графиков (рис. XII.5)—значения =0,37; 1.2 = 0,58; 1с=0,63. Приведенные значения: 6=1,6—2-0,1 = 1,4 м, /=1=2,8 м.
Значение коэффициентов, учитывающих влияние соотношения сторон, вычисляем соответственно по формулам (XII.7) — (XII.9):
пу=1 +0,25/2 = 1,2;
n? = 1 + 1,5/2= 1,8; пг = 1 +0,3/2= 1,2.
Определяем безразмерные коэффициенты: по формуле (XII.4)
Дт=2,7-0,37-1,12=1,1)
по формуле (XII.5)
Bi=8-0,58-1,75=8,1
и по формуле (XII.6)
£>1 = 16 0,63-1,15= 1,2.
Несущая способность основания по формуле (ХП.З)
Ф= 1,4-2,8(1,1 • 1,4-10-1,9+8,1 -2-10-1,8+1,2-1,5) = 1265 кН.
В нормах рекомендуется не учитывать угол внутреннего трения в медленно уплотняющихся грунтах (при степени влажности 6^0,85 и коэффициенте консолидации с^^ЫО7 смй/год), когда они залегают под подошвой на глубине не менее 0,75 ширины фундамента и в сжимаемой толще основания нет дренирующих прослоек и устройств.
199
Для ленточных фундаментов при заложении на величину не больше их ширины несущая способность от вертикальной составляющей нагрузки определяется по формуле
Ф = Ь7 [<? + (л+ 1—26 + cos6) с,1 ;	(XII.10)
для прямоугольных фундаментов с соотношением сторон 1/Ь^.З несущая способность определяется по формуле
Ф = Ь7 {<7+[5,7 —0.28 (ЦЬ~ 1)] Cj} ,	(XII.11)
где q — пригрузка со стороны предполагаемого выпора грунта; q—gyi h; б — угол наклона к вершине равнодействующей внешней нагрузки; принимается положительным, когда горизонтальная составляющая направлена в сторону предполагаемого выпора, и отрицательным при направлении в противоположную сторону.
§ 57. Приближенные методы расчета устойчивости
Устойчивость неоднородных оснований и оснований, ослабленных откосами, оценивается с помощью приближенных методов.
В этих методах принимается
_ Рмакс Ч" Рмин
Рпред —	2
или с некоторым запасом
Рпред = Рмакс • где рмакс и Рмвн — максимальное и минимальное значения ординат эпюры давления на грунт от действия расчетных нагрузок.
В приближенных методах предварительно задаются очертанием поверхностей скольжения, по которым может произойти потеря устойчивости грунтов основания вместе с сооружением.
Через точку или ребро подошвы фундамента, относительно которых произойдет потеря устойчивости, можно провести множество принятых поверхностей скольжения (рис. XII.6), поэтому путем ряда последовательных построений определяют поверхность, для которой создаются наихудшие условия устойчивости. Сопоставляя на кривых скольжения величины действующих усилий от внешних нагрузок, стремящихся нарушить устойчивость грунтов основания, с величинами внутренних усилий грунта, препятствующих смещению, определяют условия устойчивости основания и сооружения в целом.
Отношение между сдвигающими и удерживающими силами характеризует коэффициент устойчивости основания при заданных размерах сооружения и нагрузках.
Определение устойчивости основания по заданным поверхностям скольжения выполняется графо-аналитическим спосо
200
бом. Решения разработаны для плоской задачи с различными поверхностями скольжения.
Рассмотрим наиболее простой метод оценки устойчивости основания по круглоцилиндрическим поверхностям скольжения, предложенный М. М. Гришиным. В этом методе принимается
что сооружения совместно с
Рис. XII.6. Кривые поверхностей скольжения в основании сооружений а — поверхность проходит через ребро фундамента; о — поверхность проходит через точку, лежащую под подошвой фундамента
частями основания и засыпкой,
ограниченные круговой поверхностью, представляют собой твердое тело. Вся эта система в условиях предельного равновесия скользит по кривой круга с центром вращения в точке О и радиусом R. Решение сводится к нахождению точки О и радиуса дуги окружности R, относительно которых потеря устойчивости наиболее вероятна. Точка А, через которую проходит дуга круга R, может находиться на ребре основания сооружения или где-либо под его подошвой (рис. XII.6). Последний случай наблюдается, когда равнодействующая всех сил проходит в середине подошвы фундамента или ближе к краю, где происходит выпирание грунта.
Сдвигающими силами здесь будут составляющие равнодействующей от массы сооружения и массы грунта в пределах круглоцилиндрической поверхности и внешней нагрузки, приложенные к сдвигающему массиву по цилиндрической поверхности, а удерживающими — силы трения и сцепления грунта, действующие по цилиндрической поверхности.
Для расчета определяют равнодействующую всех вертикальных Р и горизонтальных /7 сил в уровне поверхности грунта. Нагрузка от заглубленной части сооружения условно разбивается на две составляющие силы: первая из них равна нагрузке от грунта в объеме, занимаемом фундаментом,— gyiu. Эта часть учитывается в массе сегмента грунта; вторая равна разнице между полной нагрузкой от фундамента и первой составляющей силы. Эта часть учитывается в вертикальной равнодействующей силе.
Силы Р и Н переносятся по линиям их действия до встречи с дугой сегмента и там раскладываются на нормальную и касательную составляющие к этой дуге (рис. XII.7). Они равны:
Ni — Р cos Р и 7’1 = Psinp; Л'е = // sin р и Т\ — Н cos р.
201
G = gVi
Нагрузка- от сегмента грунта на линии поверхности сегмента проектируется только в нормальную силу: ал	\
— sin а cos а R2.
loO	J
Массу грунтов и частей сооружения, находящихся ниже уровня грунтовых вод, необходимо принимать с учетом взвешивающего действия воды.
Рис. ХП.7. Схема к расчету устойчивости основания по круглоцилиндрическим поверхностям скольжения
Рис. XII.8. Схема определения наименьшего коэффициента устой-
I п
Все касательные силы Т, приложенные к кривой скольжения, будут стремиться сдвинуть выделенный сегмент грунта, а силы трения (равные нормальным силам, умноженным на коэффициент трения SMtgtp) и силы сцепления (умноженные на длину дуги Lei—2aRci) будут его удерживать.
202
Рассматривая относительно точки О момент сил удерживающих и момент сил сдвигающих, получим коэффициент устойчивости для всей системы:
iS <р. 2 N R + 2 a R с, R tg <р. S N + 2 а с. R
k =----J----------------------------vy------— • (XII. 12>
2л 1 К	2л 1
Приведенная формула выражает условие устойчивости сооружения при скольжении грунта по одной поверхности.
Для нахождения точки, относительно которой коэффициент устойчивости всей системы будет наименьшим, следует провести ряд аналогичных построений. В этих построениях первую точку О] назначают произвольно и определяют относительно нее коэффициент устойчивости k\ (рис. ХП.8). Затем на вертикали I—1, проходящей через точку Оь последовательно находят относительно точек О2, Од и О4 коэффициенты устойчивости k2, ks, ki и с помощью графического построения находят минимальный коэффициент устойчивости &1-1 для точек, лежащих на вертикали 1—I. Аналогично находят для вертикалей II—II и III—III минимальные коэффициенты устойчивости kn-ii, kin-ui- Наконец, графическим построением находят наименьший коэффициент устойчивости ^наим-
Приведенные выше формулы дают предельные значения давлений на основание, при которых оно теряет несущую способность. Для обеспечения устойчивости системы «основание — сооружение» нагрузки от сооружения на основание должны быть уменьшены.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Таблица 1. Значения коэффициентов а для определения напряжений под центром равномерно нагруженных фундаментов
т	aR ДЛЯ КРУГЛЫХ фундаментов	«о для прямоугольных фундаментов при соотношении n=Ub						а» для ленточных фунда-J ментов п>10
		1	1.4	1.8	2,4	3,2	5	
0	1	1	1	1	1	1	1	1
0,4	0,95	0,96	0,97	0,98	0,98	0,98	0,98	0,98
0,8	0,76	0,8	0,85	0,87	0,88	0,88	0,88	0,88
1.2	0,55	0,61	0,68	0,72	0,74	0,75	0,75	0,76
1.6	0,39	0,45	0,58	0,59	0,61	0,63	0,64	0,64
2	0,28	0,34	0,41	0,46	0,5	0,53	0,54	0,55
2,4	0,21	0,26	0,32	0,37	0,42	0,45	0,47	0,48
2,8	0,16	0,2	0,26	0,3	0,35	0,38	0,41	0,42
3.2	0,13	0,16	0,21	0,25	0,29	0,33	0,36	0,37
3,6	0,11	0,13	0,17	0,21	0,25	0,28	0,32	0,34
4	0,09	0,11	0,14	0,18	0,21	0,25	0,28	0,31
4,4	0,07	0,09	0,12	0,15	0,18	0,22	0,26	0,28
4,8	0,07	0,08	0,1	0,13	0,16	0,19	0,23	0,26
5,2	0,05	0,07	0,09	0,11	0,14	0,17	0,21	0,24
6	0,04	0,05	0,07	0,09	0,11	0,14	0,17	0,21
6,8	0,03	0,04	0,06	0,07	0,09	0,11	0,14	0,18
7,6	0,02	0,03	0,04	0,06	0,07	0,09	0,12	0,17
8,4	0,02	0,03	0,04	0,05	0,06	0,08 '	0,1	0,15
9,2	0,02	0,02	0,03	0,04	0,05	0,06	0,09	0,14
10	0,02	0,02	0,03	0,03	0,04	0,06	0,08	0,13
12	0,01	0,02	0,02	0,03	0,03	0,04	0,06	0,1
Примечания: 1. Для промежуточных значений т и п коэффициенты а опре-деляются линейной интерполяцией.
2.	Под подошвами прямоугольных фундаментов (см. рис. 1 в примере 1) коэффициенты принимаются:
а)	для точек, лежащих на центральной оси JW0 при отношениях tnQ =2z:b(z= =т^Ь/2) и n—i: b величина а0— по табличным значениям;
б)	для точек Нс, лежащих под углами прямоугольника при отношениях т f = =z : b (z=mcb) и n—l : b, величина af == aQ/4.
3.	Под подошвами круглых фундаментов значение aK принимается по величинам m^—z: R, где R радиус круга.
4.	Под подошвами фундаментов, имеющих форму правильного многоугольника, значение принимается как и для круглого, у которого R-- у Ffr, где F— площадь подошвы.
204
ПРИМЕРЫ К ТАБЛ. 1
Пример 1. Определить напряжение <Tz в точке Мо под прямоугольной подошвой фундамента со сторонами Ь — 1 м и Z=il,6 м, нагруженного равномерно Рос=0,2 МПа. Точка Мо лежит иа центральной оси на расстоянии z0=l,2 м от подошвы фундамента (рис. 1).
Решение. Для отношений п= 1,6:1 = 1,6 и т= 2-1,2:1 =2,4 интерполяцией находим ао=О,35 и по формуле (1.3) —напряжение ог=Ло Рос=0,35Х Х0,2=0,07 МПа.
Пример 2. Для фундамента, рассмотренного в примере 1, определить напряжение в точке Мс, находящейся на прямой, которая проходит через угол прямоугольного фундамента на расстоянии zc=l,2 м от его подошвы (см. рис. 1).
Решение. Для отношений п=1,6 и тс= 1,2:1 = 1,2 интерполяцией находим ао=О,7 и «с=0,7 : 4=0,18; по формуле (1.4) — <jz=acPoc=0,18-0,2 = =0,036 МПа.
Пример 3. Определить напряжение под центром круглого в пла» г фундамента D=4 м при равномерном давлении Рос=0,15 МПа в ю-че М„-. находящейся на расстоянии zK=3,2 м ниже его подошвы (рис. 2).
Мд*'
Рис. 2
Решение. Для заданных величин вычисляем znK=3,2:2=.l,6, по таблице находим ак=0,39. По формуле (1.3) oz=0,39 0,15 = 0,06 МПа.
Пример 4. Определить напряжение в то'йсе Мк под центром фундамента с подошвой в виде правильного шестиугольника. Точка AfK находится на расстоянии zK = 3,6 м от подошвы. Сторона шестигранного фундамента а—‘2 м, диаметр описанного круга £>=4 м, равномерно распределенное давление по подошве рос=0,25 МПа.
205
Решение. Площадь подошвы фундамента и радиус круга, равновеликого этому фундаменту, будут:
F =	S =-у 22-1,73= 10,38 м2
И
R = ]Ло,38/3,14 ~ 1,8 м.
Для отношения тк=3,6:1,8=2 <хк=0,28; ог=0,28-0,25=0,07 МПа.
Таблица 2. Значение коэффициента ак для определения напряжений в любой точке основания под круглым равномерно нагруженным фундаментом (таблица составлена К. Е. Егоровым)
тк ~ = г:/?	»к при пк = г;Ц										
	0	0,2	0,4	0,6	0,8	1	1,2	L4	1.6	1.8	2
0	1	1	1	1	1	1—0*	0	0	0	0	0
0,2	0,99	0,99	0,99	0,97	0,89	0,47	0,08	0,02	0,01	0,00	0,00
0,4	0,95	0,94	0,92	0,86	0,71	0,44	0,18	0,06	0,03	0,01	0,01
0,6	0,86	0,85	0,81	0,73	0,59	0,4	0,22	0,11	0,06	0,03	0,02
0,8	0,76	0,74	0,7	0,62	0,5	0,37	0,24	0,14	0,08	0,05	0,03
1	0,65	0,63	0,6	0,52	0,43	0,33	0,24	0,16	0,1	0,06	0,04
1,4	0,46	0,45	0,42	0,38	0,33	0,27	0,21	0,16	0,12	0,09	0,06
1,8	0,33	0,33	0,31	0,28	0,25	0,22	0,18	0,15	0,12	0,09	0,07
2,2	0,25	0,24	0,23	0,22	0,2	0,18	0,15	0,13	0,11	0,09	0,07
2,6	0,18	0,18	0,18	0,17	0,16	0,14	0,13	0,11	0,1	0,08	0,07
3	0,15	0,15	0,14	0,14	0,13	0,12	0,11	0,1	0,09	0,08	0,06
3,5	0,12	0,12	0,11	0,11	0,1	0,1	0,09	0,08	0,08	0,07	0,06
4	0,08	0,08	0,08	0,08	0,07	0,07	0,07	0,06	0,06	0,05	0,05
5	0,06	0,06	0,06	0,06	0,05	0,05	0,05	0,05	0,05	0,04	0,04
6	0,04	0,04	0,04	0,04	0,04	0,04	0,04	0,04	0,03	0,03	0,03
♦ Граница между загруженной и свободной поверхностью является особой точкой. Если определять напряжение в пределах загруженной поверхности, то следует принимать «к=1; если в пределах свободной поверхности, то «к =0.
Примечание. Таблица позволяет определять напряжение в любой точке основания равномерно загруженного кольцевого фундамента. Коэффициент рассеивании в этом случае определяется как разность табличных коэффициентов для двух соответствующих круглых фундаментов.
ПРИМЕРЫ К ТАБЛ. 2
Пример 1. Определить напряжение в точке Мщ, находящейся на расстоянии Zki = 1,8 м ниже круглой подошвы фундамента радиусом /?| = 1 м и отстоящей от центральной осн иа расстоянии п=2 м; давление по подошве рос=0,15 МПа (рис. 1).
Решение. Для отношений /пк=2:1=2 и пк—1,8:1 = 1,8 по табл. 2 находим аК1=0,07. По формуле (1.3) Ог=ак) рос=0,07-0,15«0,011 МПа.
Пример 2. Определить напряжение в точке Мк2, находящейся иа расстоянии Zk2=1,8 м ниже круглой подошвы фундамента радиусом #2=3 м и отстоящей от центральной оси на расстоянии r2—Q м. Давление по подошве фундамента равномерно распределенное — рОс=0,15 МПа.
206
Решение. Отношение ик=2:3«0,7 и тк =.1,8:3=0.6. Интерполяцией между значениями пк, равными 0,6 и 0,8, находим по табл. 2 для пк—0,7 значение ак2=0,66. Напряжение по формуле (1.3) ог = ак2рос =0,66-0,15= =0,099 МПа.
Рис. 1
Пример 3. Определить напряжение в точке Мк, находящейся на расстоянии гк='1,8 м ниже кольцевой подошвы фундамента с внутренним радиусом ^i = l м и наружным /?2=3 м. Точка Мк отстоит от центра кольца на расстоянии г=2 м, давление по подошве фундамента рОс=0,15 МПа (рис. 2),
Рис. 2
Решение. Воспользуемся данными, полученными в двух предыдущих примерах, и найдем напряжение как разность между напряжениями под фундаментом радиусом /?г='3 м и Ri — 1 м. Оно будет равно: ог = 0,099— —0,011=0,088 МПа.
207
Таблица 3. Коэффициенты ас и ап для определения напряжений под угловыми точками С и D прямоугольного фундамента с нагрузкой в виде треугольной призмы (таблица составлена Е. В. Винокуровым)
« и а при л = 1:Ь С D
т = «в г:Ь	0,15	0,3	0,6	1	1,5	2	3	10
	Для точки С (ас)							
0	0	0	0	0	0	0	0	0
0,25	0,02	0,03	0,04	0,04	0,04	0,04	0,04	0,04
0,5	0,02	0,04	0,05	0,06	0,06	0,06	0,06	0,06
1	0,02	0,03	0,05	0,07	0,08	0,08	0,08	0,08
1,5	0,01	0,02	0,04	0,05	0,06	0,07	0,07	0,07
2	0,01	0,01	0,03	0,04	0,05	0,06	0,06	0,06
3	—	0,01	0,02	0,02	0,03	0,04	0,04	0,05
5			0,01 Для 7	0,01 'очки D(a	0,01 dJ	0,02	0,02	0,03
0	0,25	0,25	0,25	0,25	0,25	0,25	0,25	0,25
0,25	0,14	0,19	0,21	0,21	0,21	0,21	0,21	0,21
0,5	0,1	0,12	0,16	0,17	0,17	0,18	0,18	0,18
1	0,02	0,05	0,08	0,11	0,11	0,12	0,12	0,12
1,5	0,01	0,03	0,05	3,07	0,08	0,09	0,09	0,09
2	0,01	0,02	0,03	0,04	0,06	0,06	0,07	0,08
3	—	0,01	0,02	0,02	0,03	0,04	0,05	0,05
5	—	—	0,01	0,01	0,01	0,02	0,02	0,03
ПРИМЕРЫ К ТАБЛ. 3
Пример 1. Определить напряжение в угловой точке MQ, лежащей на расстоянии z=0,75 м от прямоугольной подошвы фундамента шириной 6 = 1,5 м и длиной /=2,25 м с нагрузкой в виде треугольной призмы р— =0,2 МПа (см. рисунок).
Решение. Для отношений «=2,25:4,5=1,5 и т=0,75:1,5=0,5 находим по табл. 3 ас=0,06. По формуле >(1.4) ог=0,06-0,2=0,012 МПа.
Пример 2. Для условий примера 4 определить напряжение в угловой точке Мп на отметке z=©,75 м.
Решение. Для тех же отношений, что и в примере 1 (п=1,5 и т=0,5), значение a.jo = 0,47, а напряжение <^=0,17-0,2= 0,034 МПа.
208
Таблица 4. Значения коэффициента ап для определения напряжений в основании ленточного фундамента, нагруженного равномерно распределенной нагрузкой (таблица составлена В. Г. Короткиным)
г:Ь	«п при у-.Ь					
	0	0,25	0,5	1	1.5	2
ю	1	1	1—0*	0	0	0
0.25	0,96	0,9	0,5	0,02	0	0
0,5 0,75 !	0,82 0,67	0,74 0,61	0,48 0,45	0,08 0,15	ЮЦ02 0,04	0 002
	0,55	0,51	0,41	0,19	0,07	0,03
1,26	0,46	0,44	0,37	0,2	0,1	0,04
1в5	0,4	0,38	0,33	0,21	0,1.1	0„О6
1,75	0,35	0,34	0,3	0,21	0,1.3	0,0.7
2 '	0,31	0,31	0,28	0,2	0,1.4	0,06
3	0,21	0,21	0,2	0,17	Ю„1.3	Д1
4	0,16	0,16	0,15	0,14	0,Г2	01
5	0,13	0,13	0,12	0,12	0,1.1	0,09
6	0,11	0,1	0,1	0,1	0,1	
* См. сноску к табл. 2.
ПРИМЕР к ТАБЛ. 4
Под ленточным фундаментом шириной Ь=2 м с равномерным давлением по подошве Рос=0,1 МПа, определить напряжения и построить эпюру для вертикали, расположенной на расстоянии г=|26=4 м от подошвы (см. рисунок) .
ЦгПШПТШШШ
1 ।
Л/i-— " -у

Z
Решение. Для отношения /п=.4:2=2 находим по табл. 4 значения коэффициентов <хп и по ним находим напряжения ot на отметке 4 м:
и, м	. .	......................О	0,5	1	2	3	4
п:Ь	.........................О	0,25	0,5	1	1,5	2
ап	'	.................. 0,31	0,31	0,28	0,2	0,13	0,08
о2 МПа	.................. 0,031	0,031	0,028	0,02	0,013	0,008
Так как нагрузка симметрична относительно центральной оси, при отрицательных значениях у напряжения будут одинаковыми, а эпюра будет симметричной (см. рис/1.17, б).
209
Таблица 5. Значения коэффициента ат для определения напряжений в основании ленточного фундамента с нагрузкой, изменяющейся по закону треугольника (таблица составлена Н. А. Цытовичем)
		 ат при у.Ь										
г;Ь	—1.5	—1	—0,5	0	0,25	0,5	0,75	1	1,5	2	2,5
0	0	0	0	0	0,25	0,5	0,75	1—0*	0	0	0
0,25	0	0	0	0,08	0,26	0,48	0,64	0,42	0,02	0	0
0,5	0	0	0,02	0,13	0,26	0,41	0,48	0,35	0,06	0,02	0
0,75	0,01	0,02	0,04	0,15	0,25	0,34	0,36	0,29	0,11	0,02	0,01
1	0,01	0,03	0,06	0,16	0,22	0,28	0,28	0,24	0,13	0,04	0'01
1 >5	0,02	0,05	0,1	0,14	0,18	0,2	0,2	0,18	0,12	0,06	0,04
2	0,03	0,06	0,09	0,13	0,15	0,16	0,16	0,15	0,11	0,07	0,05
3	0,05	0,06	0,08	0,1	0,1	0,1	0,11	0,1	0,09	0,07	0,05
4	0,05	0,06	0,07	0,08	0,08	0,09	0,08	0,08	0,07	0,06	0,05
5	0,05	0,05	0,06	0,06	0,06	0,06	0,07	0,06	0,06	0,05	0,05
6	0,04	0,04	0,05	0,05	0,05	0,05	0,05	0,05	0,05	0,05	0,04
* См. сноску к табл. 2.
ПРИМЕРЫ К ТАБЛ. 5
Пример 1. Определить напряжение в точке Мт с координатами у— — Т,5 м и z=—2,25 м под подошвой ленточного фундамента с нагрузкой, изменяющейся по закону треугольника, р=0,2 МПа. Ширина фундамента Ь—3 м (см. рисунок).
Решение. Для отношений т=2,25:3=0,75 и у:Ь ——1,5:3=—0,5 по табл. 5 находим ат=0,04; напряжение по формуле (1.3) о2=0 04-0,2= =0,008 МПа.
Пример 2. Под фундаментом, рассмотренным в примере 1, найти напряжение в точке Л1т с координатами р=1,5 м и z=—2,25 м.
Решение. Для отношений zn=0,75 и у:,Ь=О,Ъ находим по табл. 5 значение <Хт=0,34; по формуле (1.3) напряжение =0,34-0,2=0,068 МПа.
210
Таблица 6. Значения коэффициента К для определения напряжений в основании от действия сосредоточенной силы
г :г	К	г:г	К	г:г	К	П2	К
0	0,48	0,4	0,33	0,8	0,14	1,4	0,03
0,05	0,47	0,45	0,3	0,85	0,12	1,5	0,03
0,1	0,46	0,5	0,27	0,9	0,11	1,6	0,02
0,15	0,45	0,55	0,25	0,95	0,1	1,7	0,02
0,2	0,43	0,6	0,22	1	0,08	1,8	0,01
0,25	0,41	0,65	0,2	1,1	0,07	1,9	0,01
0,3	,38	0,7	0,18	1,2	0,05	2	0,01
0,35	0,36	0,75	0,16	1,3	0,04		
ПРИМЕР К ТАБЛ. 6
Определить напряжение от сосредоточенной силы Р=0,1 МН в точке М, находящейся на глубине z=2 м и отстоящей от центральной оси на расстоянии г=1,5 м (см. рисунок).
Решение. Для отношения г:г—1,5:2=0,75 по табл. 6 определяем значение коэффициента А=0,16; напряжение по формуле (1.5)
о, = 0,16— = 0,4 МПа.
Z	22
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Грутман М. С. Свайные фундаменты. Киев, БудЬвельник, 1969.
Далматов Б. И., Лапшин Ф. К., Россихин Ю. В. Проектирование свайных фундаментов в условиях слабых грунтов. Л., Стройиздат, 1975.
Далматов Б. И., Морарескул Н. Н., Иовчук А. Т., Науменко В. Г. Проектирование фундаментов зданий и промышленных сооружений. М., Высшая школа, 1969.
Дорошкевич Н. iM., Клейн Г. К., Смиренкин П. П. Основания и фунда-даменты. М., Высшая школа, 1972.
Кальницкий А. А., Пешковский Л. М. Расчет и конструирование железобетонных фундаментов гражданских и промышленных зданий и сооружений. М„ Высшая школа, 1974.
Метелюк Н. С, Шишко Г. Ф., Соловьева А. Б. и Грузинцев В. В. Сваи н свайные фундаменты. Справочное пособие. Киев, Буд1вельник, 1977.
Ободовский А. А. Проектирование свайных фундаментов. М., Стройиздат, 1977.
Пешковский Л. М. Расчеты оснований и фундаментов гражданских и промышленных зданий. М., Высшая школа, 1968.
Руководство по проектированию оснований зданий и сооружений. НИИОСП им. Н. М. Герсеванова. М., Стройиздат, 1977.
Свайные работы. Под редакцией И. И. Косорукова. М., Высшая школа, 1974.
Смородииов М, Н и др. Специальные машины и оборудование для устройства оснований и фундаментов. М., Машиностроение, 1972.
СНиП I1-A.10-71. Строительные конструкции и основания. Основные положения проектирования. М., Стройиздат, 1972.
СНиП 11-6-74. Нагрузки и воздействия. Нормы проектирования. М., Стройиздат, ,1976.
СНиП П-115-74. Основания зданий и сооружений. Нормы проектирования. М., Стройиздат, 1975.
СНиП 11-47-77. Свайные фундаменты. Нормы проектирования. М., Строй-нздат, 1978.
СНиП П-21-75. Бетонные и железобетонные конструкции. Нормы проектирования. М., Стройиздат, 1976.
СНиП Ш-9-74. Основания и фундаменты. Правила производства и приемки работ. М., Стройиздат, 1976.
СНиП Ш-Б.1-71. Земляные сооружения. Правила производства и приемки работ. М., Стройиздат, 1972.
Справочник по общестроительпым работам. Основания и фундаменты.
Под редакцией М. И. Смородинова. М., Стройиздат, 1974.
Справочник проектировщика. Основания и фундаменты. Под редакцией М. И. Горбунова-Посадова. Л.—М., Стройиздат, 1964.
Справочник проектировщика. Сложные основания и фундаменты. Под редакцией Ю. Г. Трофименкова. М., Стройиздат, 1969.
Трофименков Ю. Г., Ободовский А. А. Свайные фундаменты для жилых и промышленных зданий. М., Стройиздат, 1970.
Цытович Н. А. Механика грунтов (краткий курс). М., Высшая школа, 1973.
Цытович Н. А., Березанцев В. Г., Далматов Б. И., Абелев М. Ю. Основания и фундаменты (краткий курс). М., Высшая школа, 1970.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
Предисловие......................................................     ®
Введение ...	.	.............................. °
ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОСНОВАНИИ И ФУНДАМЕНТОВ
Глава I. Общие сведения об основаниях и фундаментах............. 7
§ 1.	Основные понятия и определения ...........................  7
§ 2.	Строительные свойства грунтов.............................. 9
§ 3.	Условия работы грунтов в основании сооружении.............. И
§ 4.	Влияние условий нагружения иа осадку фундамента........... 13
§ 5.	Оценка прочности грунтов оснований . ... л................ 15
§ 6.	Контактные давления....................................... 20
§ 7.	Напряжения в грунтах от внешней нагрузки.................. 21
§ 8.	Природное давление грунтов................................ 25
§ 9.	Особенности проектирования естественных оснований......... 26
Глава II. Основы проектирования оснований по предельным состояниям .............................................................. 30
§ 10.	Общие положения.............................................. 30
§ II.	Расчетные коэффициенты ...................................... 32
§ 12.	Предельное состояние оснований по деформациям............. 33
§ 13.	Предельное состояние оснований по прочности (устойчивости)	.	35
§ 44.	Последовательность проектирования оснований и фундаментов	.	37
Глава III. Инженерно-геологические условия строительной площадки и свойства грунтов основания ...................................... 38
§ 15.	Необходимые материалы инженерных изысканий................... 38
§ 16.	Классификация и оценка свойств грунтов...................... 39-
§17.	Механические характеристики грунтов.........................  47
§ 18.	Нормативные и расчетные характеристики грунтов............... 50
§ 19.	Оценка естественных оснований по данным о грунтах отдельных пластов............................................................ 55
Глава IV. Общая оценка проектируемых зданий и сооружений . .	65
§ 20.	Виды деформаций зданий и сооружений.......................... 65
§ 21.	Оценка зданий и сооружений по жесткости...................... 67
§ 22.	Нагрузки на основания........................................ 69
Раздел II. ФУНДАМЕНТЫ НЕГЛУБОКОГО НАЛОЖЕНИЯ
Глава V. Определение основных размеров фундаментов .....	75
§ 23.	Виды фундаментов и особенности их проектирования...... 75
213.
Стр.
§ 24.	Определение глубины заложения фундаментов............ 76
§ 25.	Нормативное и расчетное давления на грунты	основания	...	81
§ 26.	Определение формы и размеров подошвы фундаментов	....	86
§ 27.	Проверка прочности подстилающего слоя................ 94
Глава VI. Конструирование фундаментов......................... 101
§ 28.	Каменные и бетонные фундаменты ............	101
§ 29.	Железобетонные фундаменты..............................  103
§ 30.	Сборные фундаменты...................................... 104
§ 31.	Защита помещений от грунтовых вод и сырости............. 112
§ 32.	Осадочные швы........................................... 118
Глава VII. Проектирование котлованов ......................... 119
-§ 33. Общие сведения......................................... 119
§ 34.	Размеры котлованов н обеспечение устойчивости их стенок . .	120
§ 35.	Защита котлованов от грунтовых вод.....................  122
Раздел III. ФУНДАМЕНТЫ ГЛУБОКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ
Тлава VIII. Общие сведения о фундаментах глубокого заложения 127
§ 36.	Виды фундаментов глубокого заложения................. 127
§ 37.	Забивные сваи и сваи-оболочки........................ 129
§ 38.	Набивные сваи и глубокие опоры  ..................... 134
Глава IX. Несущая способность одиночной сван, группы свай и свай в фундаменте....................................................... 137
§ 39.	Условия передачи различными сваями нагрузок на грунты основания ............................................................. 137
§ 40.	Условия работы одиночной сваи н	группы	висячих свай ....	139
§ 41.	Расчетная	нагрузка	сваи по материалу......................... 141
§ 42.	Расчетная	нагрузка	свай-стоек по	грунту..................... 142
§ 43.	Расчетная	нагрузка	висячей сваи	по грунту................... 143
§ 44	Определение несущей способности свай по данным испытания статической нагрузкой ............................................. 148
§ 45.	Определение несущей способности свай по данным испытания динамической нагрузкой............................................... 149
§ 46.	Определение расчетного отказа и выбор оборудования для погружения свай......................................................... 151
Глава X. Проектирование	свайных	фундаментов.................... 153
§ 47.	Расчетная схема свайных фундаментов......................  .	153
§ 48.	Определение размеров	ростверка ............................. 155
§ 49.	Последовательность проектирования свайных фундаментов . .	159
§ 50.	Свайные фундаменты при вертикальных и горизонтальных нагрузках ........................................................... 163
§ 51.	Условия применения свай и свайных фундаментов................ 164
214
Раздел IV. РАСЧЕТ ОСНОВАНИЙ ПО ПРЕДЕЛЬНЫМ СОСТОЯНИЯМ	166
Глава XI. Расчет оснований по деформациям............. .	.	166
§ 52.	Определение конечных осадок оснований ...	...	166
§ 53.	Определение крена фундаментов.............................. 180
§ 54.	Затухание осадки во времени ............................... 185
§ 55.	Проектирование оснований по предельным деформациям .	.	191
Глава XII. Расчет устойчивости оснований	.............. 193
§ 56.	Определение предельных давлений на грунт ......	193
§ 57.	Приближенные методы расчета устойчивости................... 200
Приложение ....................................... .	. .	204
Список литературы..............................................   212
ВЛАДИМИР АЛЕКСЕЕВИЧ ВЕСЕЛОВ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ {основы теории и примеры расчета)
Редакция литературы по инженерному оборудованию
Зав. редакцией И. П. Скворцова
Редактор Р. Л. Черкинская
Мл. редактор А. А. Минаева
Внешнее оформление художника В. К- Сафронова
Технические редакторы И. В. Высотина, Ю. Л. Циханкова Корректоры Л. С. Лелягина, В. А. Быкова
МБ № ,1364
Сдано в набор 27.03.78	Подписано к печати 13.09.78
Т-16838	Формат 60X90'/i6 д. л.	Бумага типографская № 2.
гарнитура «Литературная» Печать высокая 13,5 печ. л. Уч.-изд. л. 14,28 Тираж 40 000 экз.
Изд. № AI 6805	Зак. № 274	Цена 65 коп.
•Стройиздат
103006, Москва, Каляевская ул., 23а
Подольский филиал ПО «Периодика» Союзполиграфпрома при Государственном комитете Совета Министров СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли г. Подольск, ул. Кирова, 25