С.н.с. Трегуб А.В.

ГВУЗ «Приднепровская государственная академия строительства

и архитектуры», Украина

Расчет фундаментов мелкого заложения без ограничения допустимого давления величиной расчетного

сопротивления основания

Повышение технико-экономической эффективности проектных решений связано с усовершенствованием методов расчета и проектирования фундаментов зданий и сооружений. В этой связи разработаны новые и развиты существующие практические методы [1]. Однако их применение сдерживается недостаточной апробацией и отсутствием критериев, обеспечивающих требуемый уровень надежности оснований на весь период эксплуатации сооружений. Строительные нормы [2] допускают применение нелинейных расчетных моделей, однако имеющиеся ограничения достаточно жесткие для эффективного их использования. Исследования М.В. Малышева, Ю.М. Мурзенко, В.В. Михеева, Ю.Г. Трофименкова и др. свидетельствуют о том, что при расчетах, согласно действующим строительным нормам, перегружаются слабые грунты и недогружаются прочные. Для повышения технико-экономической эффективности строительства необходимо рациональное проектирование фундаментных конструкций с более полным использованием несущей способности грунтового основания в пределах допустимых деформаций зданий и сооружений с учетом критериев надежности, при этом уровень нагрузок может превышать линейную зависимость между напряжениями и деформациями в грунте.

На основании проведенного анализа известных исследований сформулированы и решены следующие задачи.

1. На основании теоретического анализа и экспериментальных данных определена величина безопасного давления на грунт, обеспечивающего необходимый запас несущей способности оснований с учетом характерных свойств грунтов, параметров фундаментов и действующих нагрузок [3]. Для этого изучены значения запасов несущей способности основания как отношения предельного сопротивления основания к действующему среднему давлению под подошвой фундамента и резервы несущей способности оснований как отношения допустимого давления к расчетному сопротивлению R. Использовано понятие «допустимого давления» как максимального давления на грунт под подошвой фундамента, при котором фундамент испытывает предельные осадки S_u или имеет минимально необходимый запас прочности, обеспечивающий безопасные условия эксплуатации. На основании анализа данных более 80 испытаний грунтовых оснований опытными фундаментами изучена величина возможного недоиспользованного резерва несущей способности оснований с учетом их работы в нелинейной стадии деформаций. Для плотных и средней плотности песков значение допустимого давления в случае не превышения им расчетного сопротивления основания составляет 10-21% от величины предельного сопротивления, а для глинистых грунтов от твердой до тугопластичной консистенции – 21-59%. Осадки во многих случаях не превысили предельные значения и составили у песков 0,35S_u, а у глинистых грунтов 0,6S_u. Ограничение давления на основание величиной расчетного сопротивления сложенное плотными и средней плотности песками, глинистыми грунтами от тугопластичной до твердой консистенции создают в ряде случаев необоснованные запасы по двум предельным состояниям, величина резерва несущей способности 1,5…2,5R [3].

2. Анализ графиков осадок, полученных с использованием линейной и нелинейной расчетных моделей показал, что для плотных и средней плотности песков возможность увеличения нагрузки выше расчетного сопротивления для фундаментов с шириной подошвы м и глубиной заложения м составляет 1,2…2,3R, для пластичных супесей 1…1,56R и тугопластичных суглинков 1,02…1,4R. Отношение допустимого давления к расчетному сопротивлению для случаев туго- и мягкопластичные глины при е=1,05, b=1…10м и d<2м и при е=0,65, b=1…7м и d<1м; пластичные супеси при е=0,75, b=1…10м и d<1м составляет 0,84…0,99, что свидетельствует о недостаточной надежности при принятии расчетного сопротивления в качестве допустимого давления на основание. Сделан вывод о том, что в одних случаях нормативная методика создает необоснованно большие резервы несущей способности, в других – не обеспечивает надежность.

3. Выполненный анализ достоверности известных методов расчета нелинейных осадок показал, что достаточно надежными можно считать методы норм [2], М.В. Малышева (1982), С.Г. Кушнера и С.Н. Клепикова (для большинства рассмотренных опытов погрешность не превышала 20%), однако их применение возможно до давлений соответствующих 1,2R [4].

Решение этих задач позволило сформулировать метод проектирования фундаментов мелкого заложения без ограничения давления величиной расчетного сопротивления основания. Допустимым давлением на основание предлагается принимать меньшее из двух значений.

1) Среднее давление по подошве фундамента должно быть меньше давления, соответствующего предельной осадке фундамента, определенной для линейной или нелинейной стадии деформаций.

2) Среднее давление по подошве фундамента должно быть меньше допустимого значения из условия обеспечения необходимого запаса прочности, обеспечивающегося коэффициентами надежности, назначаемые в зависимости от вида здания (сооружения), уровня его ответственности, чувствительности строительных конструкций к неравномерным осадкам, стабильности нагрузок, вида грунта (надежности определения характеристик и их неоднородности) и надежности расчетной модели.

Коэффициенты условий работы оснований, ответственности зданий и сооружений принимаются согласно действующим строительным нормам. Коэффициенты надежности, учитывающие неоднородность характеристик грунтов и чувствительность строительных конструкций к неравномерным деформациям определены на основе вероятностного расчета [4]. Неоднородность грунтов учитывалась коэффициентом надежности как отношения предельного сопротивления, согласно детерминированному расчету по нормативной методике к допустимому давлению на основание, полученному вероятностным расчетом при уровне надежности . Использование нормированных коэффициентов обеспечит недопущение предельных состояний. Предлагаемая методика предполагает применение линейных и нелинейных методов расчета осадок. Выполненные исследования [5] приближают результаты расчета к реальным деформациям основания. Их уточнение выполнено с использованием эмпирических параметров, определенных по результатам экспериментальных исследований осадок в интервале нелинейной зависимости их от нагрузок.

Литература:

1. Киричек Ю.А. Нелинейные методы расчета осадок фундаментов мелкого заложения / Ю.А. Киричек, А.В. Трегуб // Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури. – Дніпропетровськ: ПДАБА, 2008. – №3. – С. 10 – 13.

2. Основания и фундаменты сооружений: ДБН В.2.1-10-2009. Минрегионстрой Украины. К.: НИИСК. – 78c.

3. Киричек Ю.А. Рациональное использование несущей способности оснований фундаментов мелкого заложения/ Ю.А. Киричек, А.В. Трегуб //Теоретические основы строительства: Сб. науч. тр. ГВУЗ ПГАСиА и Варшавского техн. ун-та. – №21. – Варшава: Варшавский техн. ун-т, 2013. С. 365–370.

4. Киричек Ю.А. Методика расчета фундаментов мелкого заложения с учетом нелинейных свойств оснований/ Ю.А. Киричек, А.В. Трегуб // Сб. научн. тр. (отраслевое машиностроение, строительство) / Полтавский национальный технический университет им. Ю. Кондратюка. Вып. 3(38). – Т. 2 – Полтава: ПолтНТУ, 2013. С. 146–153.

5. Трегуб А.В. Развитие методики нелинейного расчета фундаментов мелкого заложения/ А.В. Трегуб, Ю.А. Киричек // Строительство, материаловедение, машиностроение: Сб. науч. трудов. Вып. №56. – Дн-вск., ПГАСА, 2010. – C. 535–545.