Тел.: (8552) 77-36-15
Набережные Челны

Несущая способность основания

Несущая способность грунтов оснований оценивается совместно с фундаментами и наземными конструкциями. Целью расчетов по несущей способности является обеспечение прочности и устойчивости грунтов основания, а также недопущение сдвига фундамента по подошве и его опрокидывания.

Нарушение нормальной эксплуатации сооружений может произойти не только из-за накопления чрезмерных осадок, но также вследствие нарушения прочности основания при действии на фундамент значительных вертикальных и горизонтальных нагрузок. Таким образом, предельная нагрузка, которую способен выдержать грунт без разрушения, называется несущей способностью грунта.

На несущую способность основания влияют следующие факторы (по М.В. Малышеву, 1994):

  • вид нагрузки — вертикальная или наклонная, с горизонтальной составляющей;
  • эксцентричность приложения внешней нагрузки относительно центра тяжести площади подошвы фундамента;
  • размеры подошвы фундамента;
  • форма подошвы фундамента — прямоугольник, квадрат, круг, ленточный фундамент;
  • заглубление фундамента в грунт относительно дневной поверхности;
  • горизонтальность или уклон по отношению к горизонту плоскости подошвы фундамента (для фундаментов, воспринимающих сдвигающее усилие);
  • горизонтальность или уклон по отношению к горизонту дневной поверхности основания вокруг фундамента в пределах области, в которой возможно выпирание грунта из-под фундамента;
  • однородность грунтов основания, наличие горизонта подземных вод;
  • темп нагружения и другие факторы.

Согласно СНиП 2.02.01—83* несущая способность основания считается обеспеченной при выполнении условия:

       (8.58)

где F — равнодействующая расчетной нагрузки на основание; γс— коэффициент условий работы, принимается по табл. 8.12; Fu — сила предельного сопротивления (равнодействующая предельной нагрузки) основания; γn— коэффициент надежности по назначению сооружения, принимается равным 1,2; 1,15; 1,10 для сооружений I, II и III классов соответственно.

Таблица 8.12. Значения коэффициента условий работы (СНиП 2.02.01—83*)

Вид грунта γс
Пески пылеватые, глинистые грунты в стабилизированном состоянии 0,9
Пески (кроме пылеватых) 1,0
Глинистые грунты в нестабилизированном состоянии 0,85
Скальный грунт:
   невыветрелый и слабовыветрелый
   выветрелый
   сильновыветрелый

1,0
0,9
0,8

Расчет оснований по несущей способности производится в следующих случаях (по СНиП 2.02.01—83*):

  • на основание передаются значительные горизонтальные нагрузки, в том числе систематические (дымовые трубы, башни, подпорные стены, устои и т.п.) (рис. 8.12 а, б);
  • сооружение расположено на откосе или вблизи откоса (рис. 8.12 в, г);
  • основание сложено водонасыщенными глинистыми грунтами при степени влажности Sr> 0,5 (рис. 8.12, д);
  • при действии на фундамент выдергивающей нагрузкой;
  • основание сложено скальными грунтами;
  • при проверке устойчивости естественных склонов (см. рис. 8.12 е).

Рис. 8.12. Случаи, при которых необходим расчет грунтов по несущей способности:
а — дымовые трубы, башни; б — подпорные стены; в — здания или сооружения на откосе; г — вблизи откоса; д — неглубокое заложение; е — потеря устойчивости; γ— поверхность скольжения грунта при потере устойчивости

В настоящее время для определения вертикальной составляющей Nu силы предельного сопротивления (несущей способности) основания, сложенного нескальными грунтами в стабилизированном состоянии, используют обобщенную формулу

                 (8.59)

где b' и l' — соответственно приведенные ширина и длина подошвы фундамента, вычисляемые по формулам

            (8.60)

где еb и еl — эксцентриситеты приложения равнодействующей нагрузок (рис. 8.13); Nγ, Nq, Nc — безразмерные коэффициенты несущей способности, определяемые по табл. 8.13 в зависимости от расчетного значения угла внутреннего трения грунта I и угла наклона к вертикальной S равнодействующей внешней нагрузки F на основание b уровня подошвы фундамента (рис. 8.14); γ1 и γ'I — расчетный удельный вес грунтов, залегающих в пределах призмы выпирания соответственно ниже и выше подошвы фундамента (при наличии подземных вод учитывается взвешивающее действие воды); d — глубина заложения фундамента, причем при неодинаковой вертикальной пригрузке с разных сторон фундамента значение d принимают соответствующим наименьшей пригрузки (см. рис. 8.14,а);

ζγ, ζq, ζc — коэффициенты формы фундамента, определяемые по формулам:

     (8.61)

где η= l/b

Если η< 1, то в формулах (8.61) η принимается равным 1; при η > 5 фундамент рассматривается как работающий в условиях плоской задачи, тогда

ζγ = ζq = ζc = 1

Таблица 8.13 Коэффициенты несущей способности Nγ, Nq, Nc

Угол
внутреннего
трения φI, град.
Коэффи-
циент
Угол наклона к вертикали равнодействующей внешней нагрузки δ, град.
0 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
0 Nγ
Nq
Nc
0,00
1,00
5,14
               
5 Nγ
Nq
Nc
0,20
1,57
6,49
{0,05}
1,26
2,93
δ' = 4,9º            
10 Nγ
Nq
Nc
0,60
2,47
8,34
0,42
2,16
6,57
{0,12}
1,60
3,38
δ'=9,8º          
15 Nγ
Nq
Nc
1,35
3,94
10,98
1,02
3,45
9,13
0,61
2,84
6,88
{0,21}
2,06
3,94
δ'=14,5º        
20 Nγ
Nq
Nc
2,18
5,56
12,53
2,18
5,56
12,53
1,47
4,64
10,02
0,82 3
,64
7,26
{0,36}
2,69
4,65
δ'=18,9º      
25 Nγ
Nq
Nc
4,50
9,17
17,53
4,50
9,17
17,53
3,18
7,65
14,26
2,00
6,13
10,99
1,05
4,58
7,68
{0,58}
3,60
5,58
δ'=22,9º    
30 Nγ
Nq
Nc
12,39
18,40
30,14
9,43
15,63
25,34
6,42
12,94
20,68
4,44
10,37
16,23
2,63
7,96
12,05
1,29
5,67
8,09
{0,95}
4,95
6,85
δ'=26,5º  
35 Nγ
Nq
Nc
27,50
33,30
46,12
20,58
27,86
38,36
14,63
22,77
31,09
9,79
18,12
24,45
6,08
13,94
18,48
3,38
10,24
13,19
{1,60}
7,04
8,63
δ'=29,8º  
40 Nγ
Nq
Nc
66,01
64,19
73,31
48,30
52,71
61,63
33,84
42,37
49,31
22,56
33,26
38,45
44,18
25,39
29,07
8,26
18,70
21,10
4,30
13,11
14,43
{2,79}
10,45
11,27
δ'=32,7º
45 Nγ
Nq
Nc
177,61
134,87
133,87
126
108,2
107,2
86,20
85,16
84,66
56,50
65,58
64,58
32,26
49,26
48,26
20,73
35,93
34,93
11,26
25,24
24,24
5,45
16,82
15,82
{5,22}
16,42
15,82

Примечание.
1. Для промежуточных значений φI и δ коэффииценты определяются по интерполяции.
2. В фигурных скобках приведены значения коэффициентов несущей способности, соответствующие предельному знаечнию угла наклона нагрузки, исходя из условия tg δ<sin φI.

Рис. 8.13. Схема к определению приведенных размеров подошвы фундамента:
а — прямоугольный фундамент при действии момента в направлении меньшей стороны поперечной оси; б — то же, в направлении большей стороны (продольной оси); в — то же, в двух направлениях; г — круглый фундамент

Рис. 8.14. Схема к расчету оснований по несущей способности

Угол наклона к вертикали δ равнодействующей нагрузки, прикладываемой к основанию (см. рис. 8.14), определяют из соотношения:

         (8.62)

где Fh и Fv — соответственно горизонтальная и вертикальная составляющие нагрузки, действующей на основание в уровне подошвы фундамента. Расчет оснований по формуле (8.59) допускается выполнять, если соблюдается условие (8.46). В случае невыполнения данного условия (8.46), необходимо производить расчет фундамента на сдвиг по подошве.

Для оснований, сложенных скальными грунтами, вертикальная составляющая силы предельного сопротивления Nu вычисляется по формуле

     (8.63)

где Rc — расчетное значение предела прочности на одноосное сжатие скального грунта; b' и l' — то же, что в формулах (8.59), (8.60).

Пример 8.6. Рассчитать по несущей способности основание фундамента опоры акведука

Пример 8.6. Рассчитать по несущей способности основание фундамента опоры акведука (сооружение II класса). Глубина заложения фундамента d = 1,6 м, размеры подошвы фундамента lхb = 2,4x1,8 м. Нагрузки на уровне подошвы фундамента Fv = 880 кН; Fh = 140 кН; М = 160 кН·м. Характеристики грунта основания для расчета по несущей способности: удельный вес грунта  γI = 18,2 кН/м3, удельное сцепление СI = 12 кПа, угол внутреннего грения φI = 20°.

Copyright © 2008 ИП Гараев З.М.
Тел.: (8552) 77-36-15
буровая установка беркут


Cоздание сайтa Вебцентр