Файл: Мустафаев, А. А. Вопросы расчета зданий и сооружений на просадочных грунтах учебное пособие.pdf

пластическое состояние грунта, т. е. просадочная деформа­ ция. Величину этой влажности оказалось возможным опреде­ лить исходя из обобщенного условия прочности Мора [18].

Расчеты показывают, что в условиях природного напря­ женного состояния в горизонтах действия начального давле­ ния величина «начальной влажности» практически остается постоянной. Поэтому в этих условиях величину «начальной влажности» можно определить в горизонте действия «началь­ ного давления», т. е. на вполне определенном расстоянии от поверхности грунта. Величина «начальной влажности» на этой глубине может быть принята равной нижней границе пластич­ ности, т. е. пределу раскатывания по Аттербергу. При этой влажности грунт, как известно, приобретает пластическое состояние и поэтому под действием определенной величины сжимающего давления (равной «начальному давлению»), соз­ дается условие для вертикального смещения вышележащих слоев грунта вниз. Через границы раскатывания условия воз­ никновения просадки помимо характеристики деформируемо­ сти становятся зависящими также от дисперсности и минерало­ гического состава грунта, формы и упругости его частиц, и, особенно, от структуры. В этих условиях просадка представ­ ляется как процесс разрушения лессового грунта вследствие нарушения связей между частицами и взаимного сдвига от­ дельных частиц или зерен.

20

§ 4. Расчет ожидаемой величины просадки в условиях природного напряженного состояния

В условиях природного напряженного состояния деформа­ цию просадки будем рассматривать одномерной, происходя­ щей в условиях компрессии, т. е. при отсутствии бокового расширения грунта. Такая деформация будет иметь место в случае увлажнения толщн лессового грунта с помощью котло­ вана, имеющего размеры в плане не менее мощности, просадочного слоя грунта. На глубине у ниже горизонта действия «начального давления» просадочности y s выделим элемен­ тарный слой замачиваемого грунта высотой cly. Относитель­ ная просадка рассматриваемого грунта, работающего в усло­ виях отсутствия боковых деформации, определится выраже­ нием

— Р0и

где |Зо и т0 параметры нелинейной деформируемости рассма­ триваемого грунта в водонасыщенном состоянии. Конечная абсолютная просадка всей толщи лессового грунта мощностью И в условиях непрерывного замачивания определится выра­ жением:

нн_____

уплотняющей нагрузки по глубине без учета «арочного эффек­ та» при просадке молено определить по обычно применяемой

В случае однородной толщи лессового грунта, когда значе­ ния параметров нелинейной деформируемости |30 и т0 по глу­

21

В случае неоднородного лессового грунта, когда расчетные его параметры изменяются по глубине, в расчет можно ввести

1 + т0

Для прогнозирования конечной величины просадки неодно­ родных слоисто сложенных лессовых грунтов значительной мощности может быть использована формула:

§ 5. Расчет просадки в основаниях зданий и сооружений

Расчет просадки в основаниях зданий и сооружений, в общем случае, должен производиться с учетом действия трех нор­ мальных составляющих давления. Однако, для простоты зада­ чи, также как при расчете осадки фундаментов, можно исхо­ дить из одномерной задачи уплотнения грунтов при просадке. Очевидно условия применимости такого расчета должны быть

22

оценены в зависимости от отношения подошвы фундамента к мощности просадочного слоя грунта. Если площадь подошвы сооружения достаточно велика, а мощность просадочного слоя грунта незначительна, то без существенной погрешности для прогнозирования величины ожидаемой просадки можно исходить из использованной выше зависимости (1.1) между относительной просадкой и уплотняющей нагрузкой. При та­ кой постановке задачи расчет по существу сводится к опреде­ лению ожидаемой величины деформации основания сооруже­ ния по условию невозможности бокового расширения грунта при просадке. Следует однако, отметить, что влияние бокового расширения грунта при просадке, в силу специфической осо­ бенности природы этой деформации, будет значительно мень­ ше, чем при расчете осадки обычного непросадочного грунта.

Итак, исходя из нелинейной деформируемости лессового грунта при просадке общее выражение просадки основания можно представить в виде:

ils

АПр = о

где /is — расстояние от подошвы фундамента до нижней гра­ ницы области просадки.

Для определения нижней границы области просадки исход­ ной зависимостью может служить следующая формула для распределения дополнительной нагрузки в основаниях зда­ ний и сооружений:

Здесь а (у) — коэффициент, характеризующий изменение до­ полнительного давления в грунте по оси сооружения, учиты­ вающий форму подошвы фундамента, определяемый по

табл. 8 СНиП П-Б. 1-62 в зависимости от — и ЦЪ\ Ро — сред-

в /2

нее фактическое давление на грунт под подошвой фундамента от нормативных нагрузок, не превышающее нормативного дав­ ления для неувлажненного состояния рассматриваемого лес­ сового грунта основания.

23

Учитывая, что мощность зоны просадки по сравнению с мощностью сжимаемой толщи основания (активной зоны) не­ велика, криволинейную эпюру распределения внешнего дав­ ления в пределах этой зоны заменяем прямолинейной (рис. 1.3). Коэффициент рассеивания давления в грунте основания при этом определится выражением:

« ()')=

Ло

где 1г0 — нижняя граница сжимаемой толщи, определяемая для лессового основания так же, как для обычного непрэсадочного грунта; ai,0 — значение коэффициента а на нижней границе сжимаемой толщи. Формула (1.19) с учетом принято­ го допущения примет вид:

24

Решая последнее уравнение относительно hs , получим сле­ дующую формулу для определения нижней границы области

просадки:

1

ЛS= __________ Ао__________

(Ро — ТАф) [(1 — <*0 - fAo]

Согласно СНиП П-Б. 1-62.

ah0(Ро — ТАФ) = 0,2-(А0

Откуда

0,27 А0

а"о — . Ро — тАф

С учетом последнего выражения формула для определения нижней границы области просадки окончательно принимает вид:

Из полученной формулы (1.20) видно, что если удельное давление по подошве фундамента принято равным начально­ му давлению, то просадка в основании будет отсутствовать, т. к. при этом получим hs = 0. Поэтому для грунтовых усло­ вий первого типа по просадочностн одним из эффективных мероприятий может служить уменьшение удельного давления по подошве фундамента. Площадь подошвы фундамента при назначении этого мероприятия определится формулой:

1

У Л/н =■

(0,01)”°

Здесь 2 yV" — сумма вертикальных нормативных нагрузок, включая вес фундамента.

25

можно установить формулу для прогнозирования ожидаемой просадки в основаниях зданий и сооружений.

Раскрывая интеграл в последнем выражении, в предполо­ жении о постоянстве параметров нелинейной деформируемо­ сти грунта в пределах небольшой зоны просадки, после не­ сложного преобразования получим следующую расчетную формулу:

К

Для прогнозирования общей величины ожидаемой деформа­ ции основания, сложенного лессовыми грунтами, необходимо предварительно выявить возможность проявления в основа­ нии просадки от действия собственного веса грунта, просадки от действия веса сооружения, деформации обычной просадки,

По формуле (1.18) в зависимости от формы и размеров подошвы фундамента строится эпюра распределения уплот­ няющей нагрузки по глубине от действия веса сооружения (рис. I. 4, кривая 1—2). Затем на этом же чертеже в выбран­ ном масштабе строится эпюра распределения уплотняющего напряжения от действия собственного веса грунта (прямая 3—4). Суммируя соответствующие ординаты обеих эпюр, полу­ чаем результирующую эпюру распределения напряжений по глубине основания от совместного действия веса сооружения и собственного веса грунта. Кривая (5—6). Далее, по данным соответствующих компрессионных испытаний определяются значения параметров нелинейной деформируемости грунтов основания, согласно которым по формуле (I. 7) вычисляется значение начального давления. На расстоянии а„ проводится параллельная оси оу линия начального давления (прямая 7—8). Пересечение линии начального давления с результирую­ щей эпюрой уплотняющей нагрузки определяет в общем слу­ чае три характерные зоны деформации грунтов основания.

26