Расчет оснований и фундаментов по предельным состояниям

Определение несущей способности оснований фундаментов, для которых не разработаны соответствующие методы расчета с использованием прочностных характеристик грунтов, допускается проводить с применением других нормативных параметров, характеризующих взаимодействие таких фундаментов с грунтом основания и устанавливаемых опытным путем.

За нормативные значения характеристик грунта или параметров, определяющих взаимодействие фундаментов с грунтом, принимаются средние их значения. Нормативные значения характеристик грунтов или параметров устанавливают на основе данных непосредственных определений при инженерных изысканиях, выполняемых для проектируемого объекта, или же по значениям характеристик или параметров, определяемым на основе статистической обработки результатов массовых испытаний.

Возможные отклонения сопротивлений и других характеристик материалов и грунтов в неблагоприятную сторону от нормативных значений учитывают коэффициентами надежности по материалу и грунту. Расчетные значения характеристик и сопротивлений материалов или грунтов R получают делением их нормативных значений Rn на коэффициент надежности по материалу или грунту γg:
R=Rn/γg, (6.3)
Особенности действительной работы материалов, элементов конструкций и их соединений, оснований, а также зданий и сооружений в целом, имеющие систематический характер, но не отражаемые непосредственно в расчетах, учитывают коэффициентами условий работы. Коэффициентами условий работы учитывают влияния температуры, влажности и агрессивности среды, длительности воздействия, его многократной повторяемости, особенности технологии изготовления конструкций и других факторов.

Степень ответственности и капитальности зданий и сооружений, а также значимость последствий наступления тех или иных предельных состояний учитывают в необходимых случаях коэффициентом надежности по назначению.

Численные значения коэффициентов надежности по нагрузке, материалу, грунту, назначению сооружений, коэффициентов сочетаний и условий работы и способ введения этих коэффициентов в расчеты оснований и фундаментов сооружений установлены СНиП 2.05.03—84 «Мосты и трубы», СНиП 2.02.01—83 «Основания зданий и сооружений», СНиП 2.02.03—85 «Свайные фундаменты» и СНиП II-18-86 «Основания и фундаменты на вечно-мерзлых грунтах».

Расчет оснований или одиночных свай по несущей способности грунта производят исходя из условия
F≤Fuγc/γn, (6.4)
где F — расчетная нагрузка на основание или на сваю; Fu — сила предельного сопротивления основания или сваи; γс — коэффициент условий работы; γn — коэффициент надежности по назначению сооружения.

При расчете несущей способности оснований следует учитывать, что возможны различные схемы потери устойчивости, например в виде плоского сдвига по подошве фундамента или по низу свай, либо в виде глубокого сдвига по наиболее невыгодной поверхности, при которой получается минимально возможная несущая способность основания.

Выбирая расчетную схему потери устойчивости основания, необходимо учитывать характер действия нагрузок (вертикальная, горизонтальная, моментная), тип, конструкцию и размеры фундамента.

Расчет по второй группе предельных состояний проводят с целью ограничения перемещений оснований, фундаментов и надфундаментных конструкций такими пределами, при которых гарантирована невозможность достижения состояния, затрудняющего нормальную эксплуатацию сооружений в целом или отдельных элементов, либо снижающего их долговечность.

Различают следующие деформации (перемещения) основания:
осадки — деформации, происходящие в результате уплотнения грунта под воздействием внешних нагрузок и в отдельных случаях собственного веса грунта, не сопровождающиеся коренным изменением его структуры;
просадки — деформации, происходящие в результате уплотнения и, как правило, коренного изменения структуры грунта под воздействием как внешних нагрузок и собственного веса грунта, так и дополнительно с ними действующих факторов, например, замачивания просадочного грунта, оттаивания ледовых прослоек в замерзшем грунте и т. п.;

подъемы и усадки — деформации, связанные с изменением объема некоторых грунтов при изменении их влажности или воздействии химических веществ (набухание и усадка) и при замерзании воды и оттаивании льда в порах грунта (морозное пучение и оттаивание грунта);
оседания — деформации земной поверхности, вызываемые разработкой полезных ископаемых, изменением гидрогеологических условий, понижением уровня подземных вод, карстово-суффозионными процессами и т. п.;
горизонтальные перемещения — деформации, связанные с действием горизонтальных нагрузок на основание (фундаменты распорных систем, подпорные стены и т. д.) или со значительными вертикальными перемещениями поверхности при оседаниях, просадках грунтов от действия собственного веса и т. п.

Деформации основания в зависимости от причин возникновения подразделяют на два вида:
1) деформации от внешней нагрузки на основание (осадки, просадки, горизонтальные перемещения);
2) деформации, не связанные с внешней нагрузкой на основание и проявляющиеся в виде вертикальных и горизонтальных перемещений поверхности основания (оседания, просадки грунтов от действия собственного веса, подъемы и т. п.).

Совместная деформация основания и сооружения может характеризоваться абсолютной осадкой основания отдельного фундамента s; средней осадкой основания сооружения sm; относительной неравномерностью осадок двух фундаментов As/L сооружения длиной L; креном фундамента или сооружения в целом i; горизонтальным перемещением фундамента или сооружения в целом u.

1. Какие исходные данные требуются для проектирования фундаментов?

2. При каких условиях применяют фундаменты мелкого и глубокого заложения на суше и в пределах акватории?

3. Каковы преимущества свайных фундаментов с высоким ростверком и безростверковых опор перед фундаментами мелкого заложения и свайными фундаментами с низким ростверком?

4. Как выбирают рациональный тип фундамента и назначают глубину его заложения?

5. В какой последовательности проектируют фундаменты?

6. По каким предельным состояниям и как проводят расчеты фундаментов?