Розрахунок деформацій основ складених просідаючими ґрунтами

Розрахунок деформацій інших типів ґрунтів можна знайти за посиланням.

1. Повні деформації основи

За наявності просідаючих ґрунтів повні деформації основи визначаються за формулою:

де S_s – повні деформації основи; S – осадка основи (деформації, що визначаються як для звичайних ґрунтів, без урахування їх специфічних властивостей); S_sl – просідання ґрунту від навантаження фундаменту.

У ЛІРА-САПР 2022 при розрахунку деформацій просідання враховуються деформації, що розвиваються внаслідок замочування зверху великих ділянок, а також замочування знизу під час підйому рівня підземних вод. А саме, від навантаження у верхній зоні, що вимірюється від підошви фундаменту до глибини, де сумарні вертикальні напруження від зовнішнього навантаження та власної ваги ґрунту рівні початковому тиску просідання або сума зазначених напружень мінімальна.

2. Визначення просідаючої товщі H_sl

Просідаючі деформації нарощуються в межах просідаючої товщі H_sl. Просідаюча товща вимірюється від підошви фундаменту (або від верхньої відмітки шару просідаючого ґрунту) до глибини, де сумарні вертикальні напруження від зовнішнього навантаження і власної ваги ґрунту дорівнюють початковому просідаючому тиску (ДБН В.2.1-10-2009 «Основи та фундаменти споруд», Д. 18). При цьому напруження від власної ваги ґрунту приймаються у його водонасиченому стані.

3. Визначення просідання ґрунту S_sl

Просідання основи визначається за формулою (ДБН В.2.1-10-2009 «Основи та фундаменти споруд», Д. 14):

де ε_sl,i – відносне просідання i-го шару ґрунту; h_i – товщина i-го шару; k_sl,i – коефіцієнт, який залежить від ширини фундаменту.

Ширина фундаменту задається у діалоговому вікні «Навантаження» у відповідному полі (на рисунку 1 виділено червоним кольором). При натисканні галочки «авто» – ширина фундаменту обчислюватиметься автоматично. Якщо прибрати галочку «авто» – тоді користувач може сам задати величину ширини фундаменту.

При ширині фундаменту b ≤ 3м, коефіцієнт k_sl,i визначається за формулою (ДБН В.2.1-10-2009 «Основи та фундаменти споруд», Д. 16):

де Р – середній тиск під підошвою фундаменту; Р₀ – тиск у 100 кПа (10.2 т/м2); Р_sl – початковий просідаючий тиск кожного просідаючого шару.

При ширині фундаменту b≥12 м, коефіцієнт k_sl,i приймають рівним одиниці.

При 3м<b<12м коефіцієнт k_sl,i визначають інтерполяцією.

4. Відносне просідання ґрунту ε_sl

Користувач може задати:

• або залежність відносної деформації просідання ε_sl від тиску P;
• або залежність коефіцієнтів пористості (e_n.p, e_sat) від тиску P.

Якщо задані коефіцієнти пористості e_n.p і e_sat, тоді відносні деформації ε_sl визначаються за формулою:

де e_n.p – коефіцієнт пористості ґрунту природної вологості; e_sat – коефіцієнт пористості ґрунту після його повного водонасичення. Коефіцієнти e_n.p і e_sat приймаються залежно від напруження σ_s (сумарного напруження від власної ваги ґрунту та зовнішнього навантаження: σ_s=σ_z,p+σ_z,g). e_n.g – коефіцієнт пористості ґрунту природної вологості (залежить від напруження від власної ваги ґрунту в його водонасиченому стані σ_z,g).

Приклад розрахунку деформації основи за наявності просідаючих ґрунтів

Необхідно визначити осадку стовпчастого фундаменту. Геометричні розміри підошви 2х3 метри, глибина закладення – 1.5 метри. Середній тиск під підошвою фундаменту становить Р = 80 т. Ґрунтові умови будівельного майданчика наведені в таблиці 1.

Таблиця 1. Ґрунтові умови

На рис. 2 показані графіки напружень від власної ваги ґрунту та від зовнішнього навантаження, що були заздалегідь пораховані.

Результати компресійних випробувань задаються у діалоговому вікні «Характеристики ґрунтів», при переході на вкладку «Просідаючі» (рис. 3). У таблиці характеристик просідаючих ґрунтів потрібно задати наступні параметри:

1. Номер ІГЭ. Цей номер повинен відповідати номеру ІГЕ в основній таблиці Характеристик ґрунтів.
2. Тиск Р.
3. Відносні деформації просідання е_sl (ε_sl). Користувач може задати:
   - або значення відносної деформації просідання (е_sl);
   - або значення: коефіцієнт пористості при природній вологості ґрунту (е_n.p.) та коефіцієнт пористості водонасиченого зразка ґрунту (е_sat). У такому разі при розрахунку просідання значення відносної деформації просідання е_sl (ε_sl) будуть автоматично розраховані за формулою 3.

1. Визначення просідаючої товщі Н_sl.

Деформації просідання нарощуються в межах просідаючої товщі Н_sl. Нижня межа просідаючої товщі знаходиться в місці, де початковий просідаючий тиск P_sl дорівнює сумарному тиску σ_z=σ_zр+σ_zg, при цьому значення напружень σ_zg для просідаючих ґрунтів визначаються у водонасиченому стані.

Початковий просідаючий тиск P_sl – це тиск, при якому відносна просідаюча деформація е_sl дорівнює 0.01. Визначимо значення відносної просідаючої деформації е_sl (ε_sl) по формулі 4. Результати розрахунків запишемо до таблиці 2.

Таблиця 2. Значення відносного просідання е_sl (ε_sl).

№ ІГЕ	Р, т/м2	en.p	esat.p	σzg	en.g	1+en.g	esl (εsl)
2	0	0.815	0.815		0.781	1.781	0
	5	0.793	0.789				0.00224593
	10	0.774	0.753				0.01179113
	15	0.753	0.719				0.0190904
	20	0.733	0.700				0.01852892
	25	0.719	0.680				0.02189781
	30	0.710	0.670				0.02245929

По інтерполяції визначимо початковий просідаючий тиск P_sl для ІГЕ-2:

На рисунку 4 показано, що точка перетину між графіками P_sl і σ_z відсутня. У даному випадку деформації просідання будуть нарощуватися в межах шару просідаючого ґрунту.

2. Визначення деформацій просідання S_sl.

Оскільки ширина фундаменту b = 2м, визначимо значення коефіцієнту K_sl згідно з формулою 3:

Використовуючи значення сумарних напружень σ_z=σ_zр+σ_zg визначимо відповідні значення відносної деформації просідання е_sl (ε_sl) (використовуючи дані з таблиці 2). Результати розрахунку деформацій просідання занесемо в таблицю 3.

Таблиця 3. Розрахунок деформацій просідання

При розрахунку даної задачі без урахування впливу просідаючого ґрунту (рис. 5, а), можна побачити, що деформації дорівнюють S = 0.086 м, а коефіцієнт постелі С1 = 935.244 т/м².

Виходячи з цих даних, ми можемо порахувати повні деформації основи, з урахуванням особливостей просідаючих ґрунтів:

Отже, коефіцієнт постелі С1 буде розрахований за формулою (метод 2, модель Вінклера):