/
Автор: Франк Р. Баудуин К. Дрисколл Р. Каввадас М. Орр Т. Шуппенер Б.
Теги: каменная кладка и подобные строительные работы строительство строительное проектирование проектирование фундаментов фундаменты свайные фундаменты геотехническое проектирование
ISBN: 978-5-7264-0728-9
Год: 2013
Похожие
Текст
Издано в МГСУ: Еврокоды
UL
МГСУ
РУКОВОДСТВО
ДЛЯ ПРОЕКТИРОВЩИКОВ
К ЕВРОКОДУ 7:
ГЕОТЕХНИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
РУКОВОДСТВО ДЛЯ ПРОЕКТИРОВЩИКОВ К EN 1997-1.
ЕВРОКОД 7: ГЕОТЕХНИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ -
ОБЩИЕ ПРАВИЛА
Р. Франк, К. Баудуин, Р. Дрисколл
М. Каввадас, Н. Кребс Овесен,
Т. Орр, Б. Шулпенер
thrmastelford
DESIGNERS’ GUIDES TO THE EUROCODES
DESIGNERS’ GUIDE
TO EUROCODE 7:
GEOTECHNICAL DESIGN
DESIGNERS’GUIDE TO EN 1997-1,
EUROCODE 7: GEOTECHNICAL DESIGN -
GENERAL RULES
R. FRANK, C. BAUDUIN, R. DRISCOLL, M. KAWADAS,
N. KREBS OVESEN, T. ORR AND B. SCHUPPENER
Series editor H. Gulvanessian
thom<
Министерство образования и науки Российской Федерации
ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет»
СЕРИЯ «ИЗДАНО В МГСУ: ЕВРОКОДЫ»
Р. ФРАНК, К. БАУДУИН, Р ДРИСКОЛЛ,
М. КАВВАДАС, Н. КРЕБС ОВЕСЕН, Т. ОРР, Б. ШУППЕНЕР
РУКОВОДСТВО ДЛЯ ПРОЕКТИРОВЩИКОВ
К ЕВРОКОДУ 7: ГЕОТЕХНИЧЕСКОЕ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ
РУКОВОДСТВО ДЛЯ ПРОЕКТИРОВЩИКОВ К EN 1997-1.
ЕВРОКОД 7: ГЕОТЕХНИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ -
ОБЩИЕ ПРАВИЛА
Перевод с английского
Москва 2013
УДК 693
ББК 38.2
Р84
Серия основана в 2011 г.
Научный редактор серии с января 2013 г.
д-р техн. наук, проф., почетный член РААСН, академик АВН РФ
и Нью-Йоркской АН, заслуженный деятель науки РФ, почетный
строитель РФ и г. Москвы, почетный энергетик РФ З.Г. Тер-Мартиросян,
заведующий кафедрой механики грунтов, оснований и фундаментов
Московского государственного строительного университета
Научные редакторы перевода
канд. техн. наук А.З. Тер-Мартиросян, А.Ю. Мирный, В.В. Сидоров
Р 84 Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7: Геотехническое
проектирование. Руководство для проектировщиков к EN 1997-1.
Еврокод 7: Геотехническое проектирование — общие правила : пер.
с англ. / Р. Франк и др. ; ред. серии X. Гульванесян ; М-во образо¬
вания и науки Росс. Федерации, ФГБОУ ВПО «Моск. гос. стро¬
ит. ун-т» ; науч. ред. пер. А.З. Тер-Мартиросян, А.Ю. Мирный,
В.В. Сидоров. — Москва : МГСУ, 2013. — 360 с. (Серия «Издано
в МГСУ : Еврокоды». Науч. ред. серии З.Г. Тер-Мартиросян).
ISBN 978-5-7264-0728-9
Еврокод EN 1997: Геотехническое проектирование состоит из двух основных
частей. Первая часть предоставляет общую информацию о проектировании гео¬
технических сооружений, а именно: фундаментов на естественных и искусствен¬
ных основаниях, свайных фундаментов, земляных сооружений, подпорных стен
и анкерных креплений. Вторая часть содержит информацию о проведении и
оформлении результатов лабораторных и полевых испытаний грунта.
В Руководстве для проектировщиков к EN 1997-1 : Еврокод 7: Геотехническое
проектирование — общие правила авторы объясняют и комментируют статьи Ев¬
рокода, содержащие новые подходы к проектированию.
Для инженеров-строителей и проектировщиков, комитетов по техническому
нормированию, заказчиков, студентов инженерно-строительных специальностей,
государственных органов, производителей геотехнических материалов — словом,
для всех специалистов, сталкивающихся с геотехническим проектированием.
Все права защищены. Любая часть этой книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме
и какими бы то ни было средствами без письменного разрешения правообладателей.
УДК 693
ББК 38.2
ISBN 978-5-7264-0728-9 (рус.)
ISBN 978-0-7277-3154-8 (англ.)
© Thomas Telford, 2004
© Перевод на русский язык, издание
на русском языке, оформление
ФГБОУ ВПО «МГСУ», 2013
Оглавление
Серия «Издано в МГСУ: Еврокоды» 9
Предисловие научных редакторов перевода 10
Серия руководств для проектировщиков к Еврокодам,
подготовленная издательством «Томас Телфорд» 11
Предисловие 13
Введение 16
Глава 1. Общие положения 29
1.1. Область применения 29
1.1.1. Область применения Еврокода 7, часть 1 29
1.1.2. Вопросы проектирования, не полностью изложенные
в Еврокоде 7, часть 1 30
1.1.3. Содержание и структура Еврокода 7, часть 1 30
1.1.4. Еврокод 7, часть 2 32
1.2. Нормативные ссылки 32
1.3. Допущения 33
1.4. Различия между принципами и правилами применения 36
1.5. Определения 37
1.5.1. Определения, общие для всех Еврокодов 37
1.5.2. Определения, характерные для Еврокода 7 37
1.6. Символы 39
Глава 2. Основы геотехнического проектирования 41
2.1. Требования к проектированию 41
2.2. Расчетные случаи 44
2.3. Долговечность конструкций 46
2.4. Геотехническое проектирование путем расчета 46
2.4.1. Общие положения 46
2.4.2. Воздействия 48
2.4.3. Свойства грунта 48
2.4.4. Значения геотехнических характеристик 49
2.4.5. Предельные состояния 58
2.4.6. Расчет предельного состояния по пригодности
к эксплуатации 70
2.5. Проектирование, основанное на предписывающих требованиях 71
2.6. Метод наблюдения 72
2.7. Отчет о геотехническом проектировании 73
Оглавление
Глава 3. Геотехнические данные 89
3.1. Вводная часть 89
3.2. Геотехнические изыскания 90
3.3. Обработка геотехнических параметров 92
3.3.1. Общие положения 92
3.3.2. Определение типов грунта и скальной породы 92
3.3.3. Процедура обработки геотехнических параметров 93
3.3.4. Значения характеристик 97
3.4. Отчет об изысканиях 98
Глава 4. Надзор за строительством, мониторинг и эксплуатация 101
4.1. Введение 101
4.2. Надзор 104
4.3. Проверка грунтовых условий 104
4.4. Контроль хода строительных работ 105
4.5. Мониторинг 105
Глава 5. Песчаные подушки, дренирование, улучшение свойств основания
и его укрепление 107
5.1. Общие положения 107
5.2. Основные требования 108
5.3. Устройство песчаных подушек 108
5.4. Дренирование 109
5.5. Улучшение свойств основания и его укрепление 110
Глава 6. Фундаменты на естественном основании 111
6.1. Методы проектирования 112
6.2. Общая устойчивость 114
6.3. Прямой метод: расчет предельного напряженного состояния 116
6.3.1. Несущая способность 116
6.3.2. Сопротивление сдвигу 127
6.3.3. Нагрузки с большим эксцентриситетом 130
6.3.4. Разрушение конструкции, вызванное смещением фундамента 131
6.4. Прямой метод расчета: расчет предельного состояния
по эксплуатационной пригодности путем вычисления осадки 135
6.5. Косвенный метод: упрощенный метод
для определения предельного эксплуатационного состояния 136
6.5.1. Общие положения 136
6.5.2. Косвенный метод, основанный на ограничении мобилизации
несущей способности 136
6.6. Предписывающий метод проектирования 138
6.7. Проектирование строительных конструкций 138
6
Оглавление
Глава 7. Свайные фундаменты 163
7.1. Общие положения 164
7.2. Предельные состояния 164
7.3. Воздействия и расчетные ситуации 165
7.4. Методы расчета и общие положения проектирования 167
7.5. Испытание несущей способности сваи нагрузкой 168
7.6. Сваи, нагруженные осевой нагрузкой 171
7.6.1. Общие вопросы 171
7.6.2. Сопротивление грунта сжатию по условиям предельного
напряженного состояния 172
7.6.3. Сопротивление грунта растяжению 183
7.6.4. Вертикальное перемещение свайных фундаментов 186
7.7. Поперечно нагруженные сваи 187
7.8. Расчет конструкции свай 187
7.9. Надзор за строительством 188
Глава 8. Анкерные крепления 217
8.1. Общие положения 218
8.2. Расчет по предельным напряженным состояниям 218
8.2.1. Расчет анкерных креплений 218
8.2.2. Расчетное значение нагрузки на анкерные крепления 220
8.2.3. Расчетное значение устойчивости анкерных креплений 226
8.3. Проектирование конструкции анкерных креплений 229
8.4. Испытания грунтовых анкерных креплений нагрузкой 229
8.4.1. Испытание на соответствие требованиям 229
8.4.2. Испытание на пригодность к эксплуатации 231
8.4.3. Исследовательские испытания 231
8.4.4. Допустимая нагрузка в виде воздействия
на конструкцию 232
Глава 9. Подпорные конструкции 237
9.1. Общие положения 239
9.2. Предельные состояния 239
9.3. Нагрузки и воздействия, геометрические характеристики и способы
расчета 240
9.3.1. Нагрузки 240
9.3.2. Геометрические характеристики 242
9.4. Общие положения по проектированию и строительству 244
9.5. Определение давления грунта 245
9.6. Определение давления воды 248
9.7. Расчет по предельному напряженному состоянию 249
9.8. Расчет по предельному эксплуатационному состоянию 264
9.8.1. Общие положения 264
9.8.2. Смещения 265
Глава 10. Потеря несущей способности, вызванная гидравлическим выпором 315
10.1. Общие положения 315
10.2. Разрушение, вызванное выпором грунта , 317
7
Оглавление
10.2.1. Общие положения 317
10.2.2. Подводные конструкции 318
10.2.3. Расчет против выталкивающего воздействия
водонепроницаемого слоя 320
10.2.4. Пример с решением: расчет против выталкивающего
воздействия 321
10.3. Разрушение, вызванное поднятием грунта (HYD) 321
10.3.1. Общие положения 321
10.3.2. Расчет с использованием общих напряжений 321
10.3.3. Расчет с помощью значений погруженного веса 323
10.3.4. Определение соответствующего порового давления воды 324
10.3.5. Пример с решением: расчет против разрушения, вызванного
поднятием грунта 324
10.3.6. Пояснения к разрушениям, вызываемым выпором и поднятием
грунта 324
10.4. Внутренняя эрозия 325
10.4.1. Критерии фильтрации и гидравлические критерии 325
10.4.2. Последствия переноса грунта 326
10.5. Вымывание грунта 326
10.5.1. Общие положения 326
10.5.2. Расчет против разрушения, вызванного вымыванием грунта 327
Глава 11. Общая устойчивость 331
11.1. Общие положения 331
11.2. Предельные состояния 331
11.3. Воздействия и расчетные ситуации 332
11.4. Конструктивные и строительные соображения 332
11.5. Расчет по предельному напряженному состоянию 333
11.6. Расчет предельного состояния по эксплуатационной пригодности 342
11.7. Мониторинг 343
Глава 12. Насыпи 349
12.1. Общие положения 350
12.2. Предельные состояния 350
12.3. Воздействия и расчетные ситуации 350
12.4. Конструктивные и строительные соображения 351
12.5. Расчет по предельному напряженному состоянию 351
12.6. Расчет по условиям предельного состояния по эксплуатационной
пригодности 351
12.7. Надзор и мониторинг 351
Список литературы 353
Алфавитный указатель терминов 356
8
Серия «Издано в МГСУ: Еврокоды»
1. Выдержки из строительных Еврокодов: пособие для студентов строительных
специальностей: пер. с англ. Издание на русском языке с разрешения Британ¬
ского института стандартов (BSI). © Британский институт стандартов, 2004,
2007, 2010. © Перевод на русский язык, научное редактирование, издание на
русском языке, оформление ФГБОУ ВПО «МГСУ», 2011.
2. Руководство для проектировщиков к Еврокоду EN 1990: Основы проекти¬
рования сооружений / X. Гульванесян, Ж.-А. Калгаро, М. Голицки. Москва :
ФГБОУ ВПО «МГСУ», 2011, 2012.
3. Руководство для проектировщиков к Еврокоду 1: Воздействия на сооружения.
Разделы EN 1991-1-1 и с 1991-1-3 по 1991-1-7. Москва: ФГБОУ ВПО «МГСУ»,
2011,2012.
4. Руководство для проектировщиков к EN1991-1-2,1992-1-2,1993-1-2и 1994-1-2:
справочник по проектированию противопожарной защиты стальных, сталеже¬
лезобетонных и бетонных конструкций зданий и сооружений в соответствии
с Еврокодами: пер. с англ. / Т. Леннон и др.; ред. серии X. Гульванесян. Москва:
ФГБОУ ВПО «МГСУ», 2012.
5. Руководство для проектировщиков к Еврокоду 2: Проектирование железо¬
бетонных конструкций : Руководство для проектировщиков к EN 1992-1-1 и
EN 1992-1-2. Еврокод 2: Проектирование железобетонных конструкций. Об¬
щие правила и правила для зданий. Противопожарное проектирование стро¬
ительных конструкций / Э.В. Биби, PC. Нараянан. Москва : ФГБОУ ВПО
«МГСУ», 2012.
6. Руководство для проектировщиков к Еврокоду 3: Проектирование стальных
конструкций EN 1993-1-1, EN 1993-1-3, EN 1993-1-8 / Л. Гарднер, Д.А. Нетер-
кот. Москва: ФГБОУ ВПО «МГСУ», 2012.
7. Джонсон РП. Руководство для проектировщиков к Еврокоду 4: Проектирова¬
ние сталежелезобетонных конструкций. EN 1994-1-1 / Р.П. Джонсон. Москва :
ФГБОУ ВПО «МГСУ», 2012.
предисловие научных редакторов перевода
Предлагаемая книга представляет собой Руководство для проектировщиков к EN
1997-1: Еврокод 7: Геотехническое проектирование — общие правила, входящему
в обширный комплекс европейских стандартов, охватывающих все сферы проек¬
тирования и расчета зданий и сооружений. Руководство включает в себя ценные
пояснения и рекомендации крупных европейских специалистов, членов CEN, раз¬
работчиков Еврокодов. Предлагаемое читателю Руководство является важным
дополнением, содержащим разъяснения к Еврокоду, но не может рассматриваться
как самостоятельный материал.
Настоящее Руководство посвящено порядку проектирования и расчета раз¬
личных геотехнических сооружений: фундаментов на естественных и искусствен¬
ных основаниях, свайных фундаментов, земляных сооружений, подпорных стен
и анкерных креплений. Каждая глава содержит примеры расчета и его оформле¬
ния в отчете о геотехническом проектировании. Одна из целей перевода данно¬
го Руководства на русский язык — ознакомление широкого круга отечественных
специалистов с зарубежной практикой геотехнического проектирования. В силу
разнообразия грунтовых условий Европы Руководство представляет интерес для
проектировщиков в различных областях нашей страны и может применяться в
аналогичных грунтовых условиях.
В ходе работы над переводом научные редакторы столкнулись с определенны¬
ми трудностями при выяснении смысла и содержания некоторых терминов и по¬
нятий, введенных авторами Руководства. В этих случаях основное внимание было
уделено единству перевода по тексту, чтобы обеспечить доступность материала
для широкого круга отечественных специалистов.
Для дальнейшего изучения данной проблемы читателю можно рекомендовать
сравнение положений настоящего Руководства с положениями отечественных
нормативных документов поданной тематике, а именно СНиП 2.02.01-83*, СНиП
3.02.01-87*, СНиП 2.02.03-85, СП 22.13330-2011.
Редакторы перевода выражают надежду, что предлагаемое издание вызовет
интерес у проектировщиков, научных работников и студентов, интересующихся
проблемами геотехнического проектирования.
Канд. техн. наук А.3. Тер-Мартиросян
ст. преп. А.Ю. Мирный
ст. преп. В.В. Сидоров
научный редактор серии д-р техн. наук, проф.,
заслуженный деятель науки РФ З.Г. Тер-Мартиросян
Серия руководств для проектировщиков к Еврокодам,
подготовленная издательством «Томас Телфорд»
Designers' Guide to EN 1990 Eurocode: Basis of structural design. H. Gulvanessian, J.-A. Calgaro
and M. Holicky. 978-0-7277-4171-4. 2nd edition 2012. (Руководство для проектировщиков
к Еврокоду EN 1990: Основы проектирования сооружений / X. Гульванесян, Ж.-А. Калгаро,
М. Голицки. 978-0-7277-4171-4. Второе издание 2012.)
Designers' Guide to Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistance. EN 1998-1
and EN 1998-5. General rules, seismic actions, design rules for buildings, foundations and re¬
taining structures. M. Fardis, E. Carvalho, A. Elnashai, E. Faccioli, P. Pinto and A. Plumier.
978-0-7277-3348-1. Published 2005. (Руководство для проектировщиков к Еврокоду 8:
Проектирование сейсмостойких сооружений. EN 1998-1 и EN 1998-5: Основные правила,
сейсмические воздействия, правила проектирования зданий, фундаментов и подпорных
сооружений / М. Фрадис, Е. Карвало, А. Эльнашаи, Е. Фаччиоли, П. Пинто, А. Плюмье.
978-0-7277-3348-1.2005.)
Designers' Guide to EN 1994-1-1. Eurocode 4: Design of Composite Steel and Concrete
Structures, Part 1-1: General Rules and Rules for Buildings. R.P Johnsonand, D. Anderson.
978 0 7277 3151 7. Published 2004. (Руководство для проектировщиков к Еврокоду
EN 1994-1-1. Еврокод 4: Проектирование железобетонных конструкций. Часть 1-1.
Основные правила и правила проектирования зданий / РП. Джонсон, Д. Андерсон.
978-0-7277-3151-7. 2004.)
Designers' Guide to Eurocode 7: Geotechnicaldesign. EN 1997-1 General rules. R. Frank,
C. Bauduin, R. Driscoll, M. Kavvadas, N. Krebs Ovesen, T. Orr and B. Schuppener.
978-0- 7277-3154-8. Published 2004. (Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7: Гео¬
техническое проектирование. EN 1997-1: Основные правила / Р. Франк, С. Бодуэн, Р Дри¬
сколл, М. Каввадас, Н. Кребс-Овесен, Т. Орр, Б. Шуппенер. 978-0-7277-3154 8. 2004.)
Designers' Guide to Eurocode 3: Design of Steel Structures. EN 1993-1-1 General rules and
rules for buildings. L. Gardnerand D. Nethercot. 978-0-7277-3163-0. Published 2005. (Ру¬
ководство для проектировщиков к Еврокоду 3: Проектирование стальных конструкций.
EN1993-1-1: Основные правила и правила проектирования зданий/Л. Гарднер, Д. Нетеркот.
978-0 7277-3163-0.2005.)
Designers' Guide to Eurocode 2: Design of Concrete Structures. EN 1992-1-1 and EN 1992-1-2
General rules and rules for buildings and structural fire design. R.S. Narayananand A.W. Beeby.
978-0-7277-3105-0. Published 2005. (Руководство для проектировщиков к Еврокоду 2: Про¬
ектирование железобетонных сооружений. EN 1992-1-1 и EN 1992-1-2: Основные прави¬
ла и правила проектирования зданий, Строительное противопожарное проектирование /
Р. С. Нараянан, Э.В. Биби. 978-0-7277-3105-0. 2005.)
Designers' Guide to EN 1994-2.Eurocode 4: Design of composite steel and concrete structures.
Part 2 General rules for bridges. C.R. Hendy and R.P Johnson. 978-0-7277- 3161-6. Published
2006. (Руководство для проектировщиков к EN 1994-2. Еврокод 4: Проектирование состав¬
ных сооружений из стали и железобетона.Часть 2. Основные правила проектирования мо¬
стов / К.Р Хенди, РП. Джонсон. 978-0-7277-3161-6. 2006.)
11
Designers' Guide to EN 1992-2.Eurocode 2: Design of concrete structures. Part 2: Concrete
bridges. C.R. Hendyand D.A. Smith. 978-0-7277-3159-3. Published 2007. (Руководство для
проектировщиков к EN 1992-2. Еврокод 2: Проектирование железобетонных конструкций.
Часть 2. Железобетонные мосты / К.Р Хенди, Д.А. Смит. 978-0-7277-3159-3. 2007.)
Designers' Guide to EN 1991-1-2, EN 1992-1-2, EN 1993-1-2 and EN 1994-1-2. T. Lennon,
D.B. Moore, Y.C. Wang and C.G. Bailey. 978-0-7277-3157-9. Published 2007. (Руководство
для проектировщиков к Еврокодам EN 1991-1-2, EN 1992-1-2, EN 1993-1-2 и EN 1994-1-2 /
Т. Леннон, Д.Б. Мур, Я.К. Ван, К.Дж. Бейли. 978-0-7277-3157-9. 2007.)
Designers' Guide to EN 1993-2.Eurocode 3: Design of steel structures. Part 2: Steel bridges.
C.R. Hendy and C.J. Murphy. 978-0-7277-3160-9. Published 2007. (Руководство для проекти¬
ровщиков к EN 1993-2. Еврокод 3: Проектирование стальных конструкций. Часть 2. Сталь¬
ные мосты / К.Р. Хенди, К.Дж. Мерфи. 978-0-7277-3160-9. 2007.)
Designers' Guide to EN 1991-1.4. Eurocode 1: Actions on structures, general actions. Part 1-4
Windactions. N. Cook. 978-0-7277-3152-4. Published 2007. (Руководство для проектиров¬
щиков к EN 1991-1.4. Еврокод 1: Воздействия на сооружения, основные воздействия.
Часть 1-4. Ветровые нагрузки / Н. Кук. 978-0 7277-3152-4. 2007.)
Designers' Guide to Eurocode 1: Actions on buildings. EN 1991-1-1 and -1-3 to -1-7.
H. Gulvanessian, P. Formichi and J.-A. Calgaro. 978-0-7277-3156-2. Published 2009. (Руко¬
водство для проектировщиков к Еврокоду 1: Воздействия на сооружения. EN 1991-1-1 и
-1-3—1-7 / X. Гульванесян, П. Формичи, Ж.-А. Калгаро. 978-0-7277-3156-2. 2009.)
Designers' Guide to Eurocode 1: Actions on Bridges. EN 1991-1-1, -1-3 to -1-7 and EN 1991-2.
J.-A. Calgaro, M. Tschumi and H. Gulvanessian. 978-0-7277-3158-6. Published 2009. (Руко¬
водство для проектировщиков к Еврокоду 1: Воздействия на мосты. EN 1991-1-1, -1-3—1-7
и EN 1991-2 /Ж.-А. Калгаро, М. Шуми, X. Гульванесян. 978-0-7277-3158-6. 2009.)
Practical Design of Timber Structures to Eurocode 5. H.J. Larsen and V. Enjily.
978-0-7277-3609-3 Published 2009.
Designers' Guide to Eurocode 9: Design of Aluminium Structures: EN 1999-1-1 and -1-4. Phil
Tindall and Torsten Hoglund (series editor Haig Gulvanessian). 978-0-7277-5737-1. Published
2012.
Designers' Guide to Eurocode 4: Design of composite steel and concrete structures, 2nd edition.
Roger P. Johnson. 978-0-7277-4173-8. Published 2011.
Designers' Guide to Eurocode 3: Design of Steel Buildings, 2nd edition. L. Gardner and D. Neth-
ercot. 978-07277-4172-1. Published 2011.
Designers' Guide to Eurocode 1: Actions on bridges. J.-A. Calgaro, M. Tschumi and H. Gulvanes¬
sian. 978-0-7277-3158-6. Published 2010
www.icevirtuallibrary.com
www.eurocodes.co.uk
12
предисловие
Руководство для проектировщиков к EN 1997-1 : Еврокод 7: Геотехническое про¬
ектирование — общие правила представляет собой документ серии Еврокодов,
рассматривающий общие геотехнические вопросы проектирования сооружений.
В нем применяются принципы, изложенные в EN 1990, Еврокод: Основы строи¬
тельного проектирования и устанавливающие правила оценки геотехнического
влияния и проверки достаточности несущей способности основания.
Цели и задачи настоящего Руководства
Основная цель настоящего Руководства заключается в изложении правил исполь¬
зования и интерпретации EN 1997-1.
В Еврокоде 7 предполагается, что пользователь обладает достаточными знани¬
ями и пониманием процессов механики грунтов и геотехнического строительства.
Кроме того, предполагается, что специалист, работающий с настоящим Руковод¬
ством, должен быть инженером-геотехником или быть знакомым с типовым гео¬
техническим проектированием.
Основное внимание в Руководстве уделено каждодневной практике, без рас¬
смотрения сложных в геотехническом отношении случаев, чтобы облегчить по¬
нимание новых концепций и положений геотехнического проектирования, изла¬
гаемых в EN 1997-1, где выделяются только положения, отличающиеся от исполь¬
зуемых в установленной практике строительства.
По многим рассматриваемым вопросам настоящее Руководство призвано стать
самостоятельным документом, но, поскольку положения EN 1997-1 повторяются
только в случае крайней необходимости, читателю следует знакомиться с Руко¬
водством совместно с самим Еврокодом.
Структура Руководства
EN 1997-1 включает введение и 12 разделов с девятью приложениями. Структура
и названия глав Руководства соответствуют разделам Еврокода. В Приложении А
13
EN 1997-1 приведены частные коэффициенты и их рекомендуемые значения для
расчета по предельным состояниям в стабилизированном и нестабилизированном
режиме. Другие приложения EN 1997-1 относятся к отдельным разделам и, таким
образом, касаются соответствующих глав настоящего Руководства.
Порядок расположения каждой главы Руководства соответствует разделам EN
1997-1, если это не затрудняет применения и толкования EN 1997-1 (это, в част¬
ности, касается раздела 6 и, в некоторой степени, раздела 8). Следовательно, нуме¬
рация разделов в настоящем Руководстве не обязательно совпадает с нумерацией
разделов EN 1997-1. Соответствие между нумерациями приведено в оглавлении в
начале каждой главы Руководства.
Примеры расчета приведены для определения характеристик (глава 2), для рас¬
чета фундаментов на естественном основании (глава 6), для расчета свайных фун¬
даментов (глава 7), для расчета анкерных креплений (глава 8), для расчета под¬
порных стен (глава 9) и для определения общей устойчивости (глава 11). Эти при¬
меры предназначены для выделения основных моментов применения EN 1997-1.
Перекрестные ссылки на разделы, статьи, подпункты, параграфы, приложения,
рисунки, таблицы и выражения Еврокода EN 1997-1-1, указанные в настоящем Ру¬
ководстве, воспроизводятся курсивом, используемым также при прямой передаче
текста EN 1997-1-1; и наоборот, цитаты из других источников, включая Еврокоды,
и перекрестные ссылки на разделы и т.п. настоящего Руководства воспроизводят¬
ся прямым латинским шрифтом. Выражения, взятые из EN 1997-1-1, сохраняют
свою нумерацию; прочие выражения имеют нумерацию с установленной впереди
буквой D (Руководство для проектировщиков); например, уравнение (D2.1), при¬
веденное в главе 2. Жирный шрифт применяется для выделения.
Выражение благодарности
Издание настоящего Руководства было бы невозможно без успешного заверше¬
ния Еврокода 7, часть 1. В его разработке принимали участие:
• проектная группа переработки ENV 1997-1 и составления EN 1997-1;
• рабочая группа переработки ENV 1997-1 и составления EN 1997-1;
• проектная группа составления ENV 1997-1 (1994);
• председатель и члены специальной группы Европейской комиссии, составив¬
шие в 1978 г. первую редакцию технических условий для Еврокода 7.
Кроме того, признается значительный вклад в разработку Еврокода 7, часть 1:
• национальных геотехнических объединений стран ЕС, являющихся членами
Международного общества по механике грунтов, геотехнике и фундаментостро-
ению, оказавших поддержку, особенно в первые годы разработки Еврокода 7;
• государственных делегаций CEN/TC 250/SC7 и их национальных служб тех¬
нической поддержки за ценные и конструктивные замечания;
• членов проектной группы разработки EN 1990, Еврокод: Основы строительного
проектирования за содействие при составлении статей EN 1997-1, относящихся
к взаимодействию основания и сооружения.
14
Авторы настоящего Руководства посвящают его своим коллегам, упомянутым
выше. Более того, авторы благодарят:
• своих жён: Вассилию Франк, Бенедикте Баудуин, Лиз Дрисколл, Еитти Кав-
вадас, Ханне Кребс Овесен, Диану Орр и Джутту Шуппенер за их поддержку и
терпение;
• своих сотрудников из учреждений CERMES (ENPC-LCPC), Париж; BESIX,
Брюссель; BRE, Гарстон; NTUA, Афины; Датский геотехнический институт,
Лингби; Тринити Колледж, Дублин и BAW, Карлсруэ.
Р. Франк
К. Баудуин
Р. Дрисколл
М. Каввадас
Н. Кребс Овесен
Т. Орр
Б. Шуппенер
Введение
Введение в EN 1997-1: Еврокод 7'.Геотехническое проектирование — общие пра¬
вила в основном состоит из статей, общих для всех частей Еврокодов, а именно:
• предпосылок создания программы Еврокодов;
• самой программы Еврокодов;
• статуса и сферы применения Еврокодов;
• национальных стандартов, дополняющих Еврокоды;
• связи между Еврокодами и гармонизированными техническими условиями
на продукцию (EN и ЕТА).
Кроме того, введение включает две коротких статьи:
• дополнительная информация, характерная для Еврокода 7;
• Национальное приложение к EN 1997-1.
Подробное толкование общих для всех Еврокодов статей приведено во всту¬
плении к Руководству для проектировщиков к EN 1990, Еврокод: Основы стро¬
ительного проектирования (Гульванесян и др., 2002 г.). В нём читатель найдет
информацию по применению строительных Еврокодов в странах — членах ЕС.
Важным вспомогательным документом является Пособие L (рассматривается
Директива по строительной продукции — 89/106/ЕЕС), Применение и пользо¬
вание Еврокодами, разработанное Европейской комиссией (2003а). Кроме того,
в Приложении А к Руководству для проектировщиков к EN 1990 даётся под¬
робная информация о директиве ЕС, которой должны соответствовать все на¬
циональные строительные нормативные документы стран — членов ЕС. Там,
где это возможно, в национальных строительных нормах и правилах могут де¬
латься ссылки на Еврокоды, подтверждающие, что здания, соответствующие
их требованиям и требованиям Национальных приложений, считаются отве¬
чающими требованиям строительных норм по части механической прочности,
устойчивости и безопасности в случае пожара.
16
Введение
Программа Еврокодов
Полный комплект строительных Еврокодов включает указанные ниже стан¬
дарты, каждый из которых состоит из ряда частей, представляющих собой раз¬
личные этапы разработки:
EN 1990 Еврокод: Основы строительного проектирования.
EN 1991 Еврокод 1: Воздействия на конструкции.
EN 1992 Еврокод 2: Проектирование бетонных конструкций.
EN 1993 Еврокод 3: Проектирование стальных конструкций.
EN 1994 Еврокод 4: Проектирование железобетонных конструкций.
EN 1995 Еврокод 5: Проектирование деревянных конструкций.
EN 1996 Еврокод 6: Проектирование каменных: конструкций.
EN 1997 Еврокод 7: Геотехническое проектирование.
EN 1998 Еврокод 8: Проектирование сейсмостойких конструкций.
EN 1999 Еврокод 9: Проектирование алюминиевых конструкций.
В остальных разделах введения рассматриваются вопросы разработки Евро¬
кода 7 и его внедрения в странах — членах Европейского комитета по стандар¬
тизации. В них рассмотрены следующие вопросы:
• разработка Еврокода 7;
• расширение содержания Еврокода 7;
• три подхода к проектированию;
• национальное применение Еврокода 7;
• применение информационных приложений;
• планирование по датам и срокам;
• комплекты разделов Еврокодов EN;
• национальные задачи применения.
Процесс разработки Еврокода 7
Перед Второй мировой войной стандарты проектирования и расчета сооруже¬
ний и фундаментов применялись в небольшом количестве стран. В этих стан¬
дартах приводилась успешная инженерно-техническая практика, однако они
отличались несистематическим подходом к проектированию.
Послевоенный рост объемов строительства привел к повсеместному пере¬
осмыслению процесса проектирования в гражданском строительстве. Напри¬
мер, в начале 50-х гг. Институт инженеров-проектировщиков строительных
конструкций (1955) Великобритании сформировал комитет по исследованию
проблем безопасности при проектировании конструкций. В своём отчете ко¬
митет указал, что «основная часть материалов, подтверждающих надежность
сооружений, как правило, представляет собой расчеты проекта»; члены коми¬
тета предложили использовать в проекте в качестве определяющих два особых
коэффициента:
• «отношение предельной нагрузки к соответствующей действующей нагруз¬
ке, известное как коэффициент предельной нагрузки»;
17
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
• «отношение расчетной нагрузки к соответствующей действующей нагрузке,
известное как коэффициент надежности по нагрузке».
Термин «предельная нагрузка» определен как нагрузка, вызывающая разру¬
шение, в то время как «расчетная нагрузка» вызывает «избыточную упругую
деформацию, предел которой устанавливается эстетическими соображениями
или возможностью эксплуатации сооружения; аналогичные комментарии от¬
носятся к избыточным пластическим деформациям и местным дефектам, та¬
ким как трещины».
В 1956 г. Бринч Хансен впервые употребил термин «расчет по предельным
состояниям» в геотехническом контексте. Он определил расчет по предельным
состояниям так: «при проектировании любой конструкции необходимо выпол¬
нить два независимых расчета: один для оценки безопасности по разрушению,
а второй для определения деформаций при действующих условиях работы.
Хансен связал концепцию расчета по предельным состояниям с концепцией
особых коэффициентов и ввел их в практику проектирования фундаментов в
Дании.
В 60—70-е гг. ряд европейских технических объединений и комитетов нача¬
ли разработку типовых стандартов для различных строительных материалов.
Одним из первых результатов этой работы было появление Британского стан¬
дарта СР110 Применение бетона в строительстве, опубликованного в 1972 г.
Наиболее важным введением являлось прямое применение теории вероятно¬
сти при выборе значений характеристик прочности, которые, согласно некото¬
рому теоретическому или эмпирическому распределению, могут быть превы¬
шены, как минимум, в 95 % стандартных испытаний.
В 1976 г. Европейский комитет согласился организовать разработку системы
Еврокодов для строительства конструкций. Целью этой работы стало содей¬
ствие свободной торговле между странами — членами ЕС.
В 1980 г. было достигнуто соглашение между Комиссией Европейских сооб¬
ществ (СЕС) и Международным обществом по механике грунтов, геотехнике и
фундаментостроению (ISSMGE). Согласно этому соглашению общество долж¬
но изучить существующие строительные нормы и правила возведения фунда¬
ментов, действующие в странах — членах ЕС, и разработать типовой стандарт,
который может быть включен в Еврокод 7. В 1981 г. ISSMGE образовало специ¬
альный комитет для выполнения указанной задачи. В 1987 г. после множества
консультаций и международных съездов комитет разработал проект типового
стандарта для Еврокода 7.
СЕС содействовала дальнейшей разработке проекта этого типового стандар¬
та в течение трех лет до 1990 г., после чего работа над всеми Еврокодами была
передана для последующей разработки, опубликования и поддержки в Евро¬
пейский комитет по стандартизации (CEN) с оговоркой на соглашение, пред¬
усматривающее поддержку со стороны секретариата Европейской ассоциации
свободной торговли (EFTA). Был сформирован Технический комитет (ТС) 250
Европейского комитета по стандартизации, который осуществляет надзор за
разработкой Еврокодов с 1990 г.
18
Введение
Подкомитет (SC) Европейского комитета по стандартизации Технического
комитета 250 отвечает за разработку каждого Еврокода; контроль за разработ¬
кой Еврокода 7 осуществлялся со стороны CEN/TC/SC7. При содействии ука¬
занного подкомитета проектная группа разработала проект Еврокода 7, часть 1,
который в 1993 г. был утверждён как ENV 1997-1. Через три года среди стран —
членов CEN был проведен опрос, в ходе которого они представили свои заме¬
чания по ENV 1997-1. Эти замечания были учтены CEN/TC 250/SC 7, после
чего проектная группа разработала несколько проектов ENV 1997-1. В 2004 г.
окончательный проект был выдвинут на голосование среди организаций —
членов CEN, т.е. национальных органов по стандартизации, где был утвержден
Европейский стандарт EN 1997-1, Еврокод 7: Геотехническое проектирование —
общие правила.
Содержание Еврокода 7
Еврокод 7 состоит из двух частей:
1) Общие правила. В этой части рассматриваются общие правила геотехниче¬
ского проектирования (или проектирования оснований, где под основанием
понимается грунт или скальная порода). В настоящем Руководстве рассма¬
тривается именно эта часть.
2) Исследование и испытания грунтов. В этой части рассматривается приме¬
нение результатов полевых и лабораторных испытаний при геотехническом
проектировании. Вторая часть находится в стадии разработки.
В EN 1997-1 излагаются общие принципы и требования к геотехническому
проектированию для обеспечения безопасности (прочности и устойчивости),
надежности и долговечности сооружений, а именно гражданских зданий и со¬
оружений, возводимых на грунтовых или скальных основаниях. По существу,
EN 1997-1 необходимо применять совместно с Еврокодом: Основы строитель¬
ного проектирования и Еврокодом 1: Воздействия на сооружения для прямого
применения с одним или несколькими Еврокодами, рассматривающими при¬
менение материалов (Еврокоды 2—6 и 9). В Еврокоде 8 излагаются вопросы
конструктивного и геотехнического проектирования в сейсмических районах.
В частности, часть 5 Еврокода 8 посвящена рассмотрению расчетов фундамен¬
тов, подпорных сооружений и иных геотехнических вопросов.
Кроме того, EN 1997-1 служит в качестве справочного документа при гео¬
техническом проектировании плотин, туннелей и стабилизации откосов и
склонов, а также при проектировании фундаментов специальных сооружений,
таких как атомные электростанции и морские сооружения, требующие допол¬
нительных мер, не предусмотренных Еврокодами.
Содержание трех подходов к проектированию
Когда в 1981 г. началась разработка Еврокода 7, специалистами, участвую¬
щими в разработке проектов Еврокодов по материалам, т.е. Еврокодов 2—6,
относящихся к проектированию бетонных, стальных, деревянных и камен¬
19
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
ных конструкций, было принято решение основать эти нормативы на методе
предельных состояний. Для специалистов, участвующих в разработке проек¬
та Еврокода 7, это оказалось новым подходом, поскольку в большинстве рас¬
сматриваемых стран не было опыта его применения. В большинстве стран гео¬
техническое проектирование базировалось на методе расчета по действующим
усилиям с применением общих коэффициентов запаса (OFSs).
Работа редакционной комиссии выявила иные препятствия на пути внедре¬
ния изменений и гармонизации подхода к геотехническому проектированию.
Кроме врожденного неприятия человеком изменений в стиле работы и пове¬
дения, оказалось, что есть два существенных препятствия на пути внедрения
расчетов по предельным состояниям и частных коэффициентов при геотехни¬
ческом проектировании:
• геологическое строение и, как следствие, грунтовые условия в Европе из¬
меняются от региона к региону. Это приводит к известным различиям в
выполнении полевых и лабораторных исследований, в способах расчета и
проектирования. Например, проведение и применение результатов пресси-
ометрических испытаний широко применяются в Центральной Европе, в то
время как в Северной Европе положения проектирования основываются на
результатах лабораторных испытаний, а также стандартного зондирования и
сдвига крыльчаткой;
• в 1981 г. специалисты, ответственные за разработку Еврокодов, относящихся
к применению материалов, уже приняли значение 1,35 для частного коэф¬
фициента неблагоприятных постоянных воздействий, включая собствен¬
ный вес конструкционных материалов, для расчета по несущей способности
в стабилизированном и нестабилизированном режиме. При геотехническом
проектировании собственный вес грунта зачастую является основным воз¬
действием, однако очень часто трудно точно определить, какая часть веса
грунта оказывает благоприятное воздействие, а какая — неблагоприятное.
Ссылки на концепцию «одного источника» в некоторых последующих гла¬
вах и учебные примеры с решениями, приведенные в настоящем Руковод¬
стве, свидетельствуют о наличии такой проблемы.
В версии ENV Еврокода 7 проблемы, указанные выше, были решены пред¬
положением, что проектирование геотехнической конструкции по предельным
состояниям должно предусматривать два расчета, каждый из которых исполь¬
зует различные частные коэффициенты:
• 1-й расчет, в котором частные коэффициенты постоянных воздействий пре¬
вышают 1,0, а частные коэффициенты прочности геотехнического материа¬
ла, т.е. грунта, равны 1,0;
• 2-й расчет, в котором частные коэффициенты прочности геотехнического
материала, т.е. грунта, превышают 1,0, а частные коэффициенты постоянных
воздействий равны 1,0.
Для расчетов по предельным состояниям в стабилизированном и неста¬
билизированном режиме требовались проверки по двум наборам частных
коэффициентов, применяемых в двух самостоятельных расчетах. В версии
20
Введение
ENV Еврокода 7, часть 1, эти расчеты назывались Вариант В и Вариант С со¬
ответственно.
Следует отметить, что в Варианте В было предложено применить «кон¬
структивный» частный коэффициент, равный 1,35, для неблагоприятных по¬
стоянных воздействий при расчетах по первому предельному состоянию в ста¬
билизированном и нестабилизированном режимах, а также для собственного
веса грунта. Поверочный расчет показал, что при сохранении традиционного
уровня безопасности неизменным не оставалось возможности для применения
коэффициентов, больших 1,0, для прочности/сопротивления основания. Было
принято решение ввести, кроме этого, Вариант С, предусматривающий частные
коэффициенты прочности/сопротивления основания более 1,0, а коэффициен¬
ты постоянных воздействий, равные 1,0.
В национальных комментариях по версии ENV Еврокода 7, часть 1, обнару¬
жилась неудовлетворённость описанием проверки предельных состояний для
стабилизированных и нестабилизированных режимов. Было предложено два
варианта изменений:
• попытаться уменьшить необходимое количество случаев расчета (например,
с двух до одного);
• ввести частные коэффициенты на сопротивление и влияние воздействий, а
не только на параметры материала (грунта) и воздействия.
Длительное обсуждение этого вопроса привело к включению в версию
EN Еврокода 7, часть 1, и Еврокод: Основы строительного проектирования в
качестве вариантов трех различных подходов к проектированию по методу
предельных состояний в стабилизированном и нестабилизированном режимах:
• Подход к проектированию 1 фактически аналогичен процедурам расчета, из¬
ложенным в версии ENV Еврокода 7, который рассмотрен выше. В принци¬
пе, требуется выполнить два расчета с использованием двух наборов частных
коэффициентов; если станет очевидным, что один из этих наборов является
определяющим, то нет необходимости делать расчет, используя второй на¬
бор. В целом подход к расчету 1 можно назвать подходом к воздействию и
материалу с применением коэффициентов к источнику, т.е. к воздействиям,
а не к результатам воздействий и значениям параметров прочности и дефор¬
мируемости. Однако существуют два исключения, относящиеся к расчету
свайных фундаментов и анкерных креплений, когда частные коэффициенты
применяются к сопротивлению материала.
• Подход к проектированию 2. Согласно этому подходу требуется единствен¬
ный расчет; при этом частные коэффициенты применяются или к воздей¬
ствиям, или к результатам воздействий, и сопротивлению материала. Подход
2 к проектированию можно назвать подходом воздействия (или результата
воздействия) и сопротивления материала. Результаты подхода 2, предус¬
матривающего применение частных коэффициентов к результатам воздей¬
ствий, незначительно отличаются от результатов применения общих коэф¬
фициентов надежности (OFS).
21
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
• Подход к проектированию 3. Согласно этому подходу требуется один расчет;
при этом частные коэффициенты применяются или к воздействиям, или к
результатам воздействий от конструкции, а также к показателям прочности
основания. Подход к проектированию 3 можно назвать подходом воздей¬
ствия (или результата воздействия) и коэффициента надежности по мате¬
риалу
Необходимость включения трёх подходов к проектированию была четко
продемонстрирована во время дискуссии в CEN/TC 250/SC 7 и среди евро¬
пейских геотехников: значительное количество организаций — участниц CEN
настойчиво выступали за один, а некоторые за два из трёх подходов, но не мог¬
ли проголосовать за внедрение EN 1997-1, если бы другие подходы были вклю¬
чены в качестве единственного варианта.
Из сложившейся ситуации следует, что полная гармонизация геотехническо¬
го проектирования в Европе недостижима в настоящее время путем введения
EN 1997-1. Тем не менее у многих специалистов, занимающихся разработкой
Еврокода 7, появилась надежда на то, что опыт, приобретенный в ходе его фак¬
тического применения в различных странах, в ближайшем будущем приведет к
слиянию трех подходов к проектированию в один.
Реализация Еврокода 7 в национальном масштабе
Оценка надежности гражданских зданий и сооружений, а также их элементов,
включая вопросы их долговечности и экономичности, была и остается в компе¬
тенции государств — членов CEN.
Возможные различия в географических, геологических и климатических ус¬
ловиях или в укладе жизни населения, а также различия в уровнях защиты,
которые могут превалировать над национальным, региональным или местным
уровнем, были приняты во внимание путем предоставления в Еврокодах EN
выбора установленных значений, классов или альтернативных методов расче¬
та, определяемых на национальном уровне (NDPs). Таким образом, страны —
члены CEN могут, при определенных ограничениях, выбирать уровень надеж¬
ности, включая вопросы долговечности и экономичности конструкций, для
объектов на их территории.
Концепция параметров, устанавливаемых на национальном уровне, и содер¬
жание Национального приложения определены в введении к Еврокоду: Основы
строительного проектирования и повторно приведены в введении к EN 1997-1.
Содержание Национального приложения предполагается следующим:
Национальное приложение может содержать информацию только о тех
параметрах, которые в Еврокоде оставлены открытыми для национального
выбора и именуются параметрами, установленными на национальном уров¬
не, предназначенными для проектирования гражданских зданий и сооружений
в данной стране, а именно:
— значения и (или) классы, для которых: в Еврокоде приведены варианты;
22
Введение
— значения, которые следует использовать в тех случаях, когда в Еврокоде
заданы только символы;
— специальная информация о стране (географические, климатические и дру¬
гие условия), например, карта районирования снежного покрова;
— выбор методики, если в Еврокоде заданы альтернативные методики.
Кроме того, Национальное приложение может включать:
— решения по применению справочных приложений;
— ссылки на непротиворечащую дополнительную информацию, помогающую
пользователю применять Еврокод.
а: национальный титульный лист
Ь: национальное введение
с: титульная страница Европейского стандарта (EN)
d: текст Европейского стандарта (EN)
е: приложение/приложения Европейского стандарта (EN) |
f: Национальное приложение
Рис. 1. Национальный стандарт, дополняющий Еврокод
Национальные органы по стандартизации (например, в Великобритании —
Британский институт стандартов (BSI), в Дании — Датское учреждение стан¬
дартов) отвечают за обеспечение выполнения Еврокодов в качестве националь¬
ных стандартов. На рис. 1 показано, каким образом национальный стандарт до¬
полняет Еврокод. Он будет включать, без каких-либо изменений, полный текст
EN 1997-1 и его приложения в том виде, в котором они опубликованы CEN.
Во главе текста может быть национальная титульная страница и национальное
введение, за которым идет Национальное приложение, отличающееся от при¬
ложений к EN 1997-1.
Текущая задача Европейской комиссии заключается в том, чтобы Нацио¬
нальные приложения публиковались отдельно от EN 1997-1.
EN 1997-1 допускает национальный выбор проектирования из некоторого
количества вариантов, перечисленных в введении к стандарту Это в основном
сводится к выбору одного или более из трёх альтернативных подходов к про-
23
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
ектированию и выбору численных величин частных коэффициентов и иных
коэффициентов, названных параметрами, установленными на национальном
уровне (NDPs).
Если Еврокоды используются для проектирования строительных соору¬
жений или их частей, то страны — участницы ЕС, на территории которых вы¬
полняются работы, должны применять параметры, устанавливаемые на наци¬
ональном уровне.
Необходимо заметить, что концепции «boxedvalues», т.е. «значений, пред¬
ставленных в рамках» и «Национальных заявочных документов», введённых в
так называемый период действия ENV, были отменены в пользу EN Еврокодов.
Важно заметить, что Национальное приложение не может изменить содер¬
жание текста EN 1997-1, кроме как, указав, что изменение проводится посред¬
ством введения параметров, устанавливаемых на национальном уровне.
Более того, следует отметить, что если страна-член не выбирает параметр,
устанавливаемый на национальном уровне, выбор соответствующих значений
(например, рекомендуемых значений) или альтернативных методов, например,
подхода к проектированию, остается за проектировщиком, учитывающим ус¬
ловия выполнения проекта и требования национальных положений, таких как
государственные законы, нормативы и административные требования, приня¬
тых всеми уровнями государственной власти или частными органами, действу¬
ющими в роли государственных предприятий.
Национальное приложение носит информационный характер. Его содержа¬
ние может стать основой для разработки национального стандарта органом по
стандартизации и/или материалом, на который могут быть сделаны ссылки в
национальном стандарте.
Никакие правила применения не должны излагаться в Национальном при¬
ложении. Только альтернативные правила, указанные в соответствующих Ев¬
рокодах, могут приниматься в стране через её компетентный орган власти.
Как уже было отмечено в разделе «Подходы к проектированию», различия в
геологическом строении, а следовательно, и в грунтовых условиях одного реги¬
она Европы от другого привели к ярко выраженному различию в выполнении
геотехнических изысканий и методиках расчета. На основе продолжительного
обсуждения в странах — членах CEN/TC 250/SC 7,6 сентября 1996 г. была при¬
нята и утверждена Резолюция N87, гласящая:
CEN/TC250 принимает принцип, определяющий, что в EN 1997-1 могут излагаться
исключительно основополагающие правила геотехнического проектирования; он
может дополняться национальными стандартами.
Резолюция предусматривает следующую возможность, реализуемую на на¬
циональном уровне: если требуется введение какой-либо инструкции по кон¬
кретной тематике, содержащейся в EN 1997-1, то она может публиковаться от¬
дельно от Национального приложения; в этом случае на неё в Национальном
приложении делается ссылка как на непротиворечащее дополнение:
• Данная тема рассматривается в ‘X’ (указывается название публикации; обычно
указывается название национального стандарта).
24
Введение
Следует отметить, что дополнительная документация во всех отношениях
должна соответствовать принципам EN 1997-1. Кроме того, Резолюция N87
была принята странами — членами CEN/TC 250/SC 7 с нежеланием. CEN/
ТС 250/SC 7 признали, что гармонизация геотехнического проектирования в
Европе в настоящее время возможна только в определённой степени. Поэтому
для содействия дальнейшей гармонизации необходимо, чтобы составление до¬
полняющих EN 1997-1 документов различными странами создавало, предус¬
матривало и обеспечивало возможность последующей гармонизации. Авторы
настоящего Руководства твёрдо убеждены в том, что европейские специалисты
в области геотехники сыграют в этом важную роль посредством своего участия
в будущей работе CEN/TC 250/SC 7.
Национальные нормы (законы, нормативные требования и т.п.) не должны
заменять положения, изложенные в EN 1997-1 (например, замена Правил при¬
менения национальными правилами (нормами, стандартами, регламентирую¬
щими указаниями и т.п.), поскольку такая замена противоречит рекомендации
руководящего документа, приведенного во вступительном абзаце настоящего
введения. Если положения национальных документов действительно указыва¬
ют, что проектировщик может отклониться от требований EN Еврокодов или
не соблюдать их либо отдельные положения (например, Правила применения),
то в таком случае расчет не будет называться «расчетом, выполненным в соот¬
ветствии с EN Еврокодом».
Применение информационных приложений
В Национальном приложении может быть приведено решение конкретной
страны по применению информационных приложений EN 1997-1. Для этого
в Национальном приложении должно указываться, в зависимости от случая:
• Приложение «X» будет рассматриваться в качестве нормативного документа
на национальном уровне;
• Приложение «X» не будет применяться на национальном уровне.
Если информация по применению информационных приложений не содер¬
жится в Национальном приложении, то оно остается частью стандарта. Если
потребуется какое-либо указание по теме, содержащейся в информационном
приложении, то документ может быть опубликован отдельно от Национально¬
го приложения. В этом случае на него в Национальном приложении делается
ссылка, как на непротиворечащее дополнение. Таким образом, в Национальное
приложение добавляется текст следующего содержания:
• Данная тема рассматривается в ‘X’ (указывается название публикации; обычно
указывается название национального стандарта).
25
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
Планирование по датам
Наиболее важные шаги, относящиеся к реализации EN1997-1, приведены ниже.
После официального голосования и ратификации дата окончания разра¬
ботки стандарта Европейским комитетом по стандартизации устанавливает¬
ся через несколько месяцев после голосования, во время которого последняя
официальная редакция текста Еврокода публикуется CEN и рассылается в на¬
циональные органы по стандартизации (NSB).
Перевод текста EN 1997-1 на официальные языки CEN можно начать не
позднее того срока, когда национальные органы по стандартизации получат
текст стандарта от CEN (дата окончания разработки стандарта Европейским
комитетом по стандартизации). Максимальное время, выделяемое для перево¬
да, составляет 12 месяцев после даты окончания разработки стандарта Евро¬
пейским комитетом по стандартизации.
Национальный период поверки составляет 2 года после даты окончания раз¬
работки стандарта Европейским комитетом по стандартизации — это макси¬
мальное время для согласования параметров, устанавливаемых на националь¬
ном уровне, и подготовки Национальных приложений. В конце этого периода
каждая страна — член ЕС должна опубликовать свою версию EN 1997-1 с На¬
циональным приложением, включающим национальные параметры, устанав¬
ливаемые на национальном уровне. Одновременно страны — члены ЕС должны
переработать свои национальные положения (т.е. законы, регламентирующие
требования и т.п.), для того чтобы национальная версия EN 1997-1 могла быть
применена на их территориях. Национальные приложения должны направ¬
ляться в соответствующие службы стран ЕС для информации.
Во время периода совместного действия стандартов, начинающегося в конце
национального периода поверки, EN 1997-1 может применяться точно так же,
как и бывшие национальные системы (т.е. стандарты и положения). Период со¬
вместного действия EN 1997-1 и бывших национальных систем может длиться
в течение трёх лет (см. следующий раздел настоящего введения). В конце пе¬
риода совместного действия национальные органы по стандартизации долж¬
ны отозвать все несогласующиеся стандарты; страны — участницы ЕС должны
убедиться в том, что Еврокоды могут применяться на их территориях без двус¬
мысленного толкования, переработав, при необходимости, свои национальные
положения. Таким образом, все несогласующиеся национальные стандарты
должны быть отозваны максимум через 5 лет после даты окончания разработки
EN 1997-1 Европейским комитетом по стандартизации.
Комплекты разделов Еврокода EN
Для проектирования конкретного сооружения, как правило, необходимо не¬
сколько разделов Еврокода. В связи с этим была введена концепция комплек¬
тов разделов Еврокодов EN.
Цель формирования комплектов путем группирования разделов Еврокодов
EN заключается в определении общего дня отзыва (DoW) всех соответствую¬
щих национальных стандартов, требуемых для конкретного проекта. Следова¬
26
Введение
тельно, несогласующиеся друг с другом национальные стандарты отзываются к
концу периода совместного действия, когда все Еврокоды EN одного комплекта
могут быть применены совместно с Национальными приложениями. Вполне
вероятно, что публикация отдельных частей комплекта будет происходить в
течение длительного времени. Таким образом, период совместного действия
некоторых разделов будет гораздо больше периода, определенного в предыду¬
щем разделе настоящего введения. Если область применения национального
стандарта шире области применения несогласующегося с ним раздела Евроко¬
да, то должна быть отозвана только та часть национального стандарта, которая
перекрывается комплектом Еврокода.
Перечень разделов Еврокода EN, касающихся основных строительных ма¬
териалов, таких как бетон, сталь, железобетон, древесина, каменная кладка и
алюминий, и включенных в различные комплекты для различных сооружений,
а также установленные сроки ввода в действие этих комплектов должны по¬
стоянно обновляться и быть доступными для ознакомления на сайте CEN/
MC(http://www.cenorm.be/sectors/construction/eurocode.htm). Ни один из
разделов EN 1991, EN 1997 и EN 1998 не должен формировать комплект сам
по себе; указанные разделы включаются в каждый комплект, поскольку они не
зависят от материалов, используемых в надземных частях конструкций.
Национальные задачи в области реализации Еврокодов
Национальные задачи в области реализации EN 1997-1 могут быть сформули¬
рованы следующим образом. Каждый национальный орган по стандартизации
должен внедрить EN 1997-1 в качестве национального стандарта, опубликовав
его равнозначный текст, т.е. версию, переведённую на другой язык, или приняв
одну из трех версий, выполненную на английском, французском и немецком
языках, предоставленную Европейским комитетом по стандартизации в рамках
согласованного времени для публикации.
Национальные органы по стандартизации должны, как правило, опублико¬
вать Национальное приложение от имени и по согласованию с национальными
компетентными органами власти.
В введении в EN 1997-1 показано, в каком месте текста стандарта должны
находиться параметры, устанавливаемые на национальном уровне. Данные па¬
раметры группируются следующим образом.
1. Параметры, относящиеся к выбору одного (или более) из трёх подходов к
проектированию (п. 2.4.7.3.4.1(1)Р), значения частных и корреляционных
коэффициентов, введенных в основную часть текста и рекомендуемые зна¬
чения частных и корреляционных коэффициентов, как это указано в При¬
ложении А (нормативное) к EN 1997-1. Эти показатели составляют большую
часть вариантов выбора для их установления в национальном масштабе.
2. Параметры, относящиеся к допустимым перемещениям фундаментов
(п. 2.4.9 (3)Р).
3. Параметры, относящиеся к минимальным требованиям к геотехническим
изысканиям, расчетам и проверкам (п. 2.1 (8)Р).
27
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
4. Параметры, относящиеся к проектированию посредством применения по¬
всеместно принятых и консервативных правил (п. 2.5(1)).
Страны — члены ЕС поддерживают взаимодействие с целью снижения ко¬
личества случаев, когда рекомендуемая величина или методика не приняты и
не используются в соответствующих параметрах, устанавливаемых на наци¬
ональном уровне. Выбирая и используя аналогичные значения и методики,
страны-участницы расширяют преимущества, получаемые от гармонизации
стандартов.
Параметры, устанавливаемые на национальном уровне, принятые в странах —
участницах ЕС, должны быть доведены до пользователей Еврокодов EN и дру¬
гих заинтересованных сторон, включая производителей. В последних заявле¬
ниях Европейская комиссия (2003b) настоятельно советовала странам — чле¬
нам ЕС принять Еврокоды и, по возможности, применять рекомендованные
значения параметров, устанавливаемых на национальном уровне.
Любые ссылки на EN 1997-1 должны включать информацию о том, какой
набор параметров, устанавливаемых на национальном уровне, был применен, а
также соответствуют ли параметры, устанавливаемые на национальном уровне,
рекомендациям, приведенным в EN 1997-1.
На день отзыва все технические условия и спецификации, существующие
до этого дня во всех национальных сборниках стандартов и несогласующие-
ся с новыми стандартами, должны быть отозваны, а национальные положения
должны быть приведены в соответствие, чтобы обеспечить законное примене¬
ние EN 1997-1.
Глава 1
Общие положения
В настоящей главе рассматриваются общие вопросы, изложенные в
EN 1997-1. Порядок изложения материала в главе 1 соответствует
порядку изложения материала в разделе 1:
1.1. Область применения
1.2. Нормативные ссылки
1.3. Допущения
1.4. Различия между принципами и правилами
применения
1.5. Определения
1.6. Символы
1.1. Область применения
1.1.1. Область применения Еврокода 7, часть 1
В EN 1997-1 излагаются общие принципы и требования, а также
общие правила его применения, относящиеся к геотехническим
аспектам проектирования зданий и гражданских сооружений.
EN 1997-1 предназначен для использования совместно с EN 1990,
Еврокод: Основы строительного проектирования, который является
основным документом системы Еврокодов, устанавливающим для
всех строительных Еврокодов принципы и требования к безопасно¬
сти, эксплуатационной надежности и долговечности конструкций;
далее в нем описываются основы проектирования и проверки, а так¬
же даются рекомендации по вопросам конструктивной надежности.
В частности, в EN 1990 приводятся правила расчета сочетаний
нагрузок на здания и гражданские сооружения. Величины нагру¬
зок на конструкции приведены в EN 1991, Еврокод 1: Нагрузки, дей¬
Пункт 1.1
Пункт 1.2
Пункт 13
Пункт 1.4
Пункт 1.5
Пункт 1.6
п. 1.1.1(2)
п. 11.2(1)
п. 1.1.1(1)
п. 1.1.1(4)
29
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
п. 1.1.ЦЗ)
п. 1.1.1(4)
п. 1.1.1(7)
п. 2.1(21)
п. 1.1.2(2)
ствующие на конструкции, а также в соответствующем Националь¬
ном приложении конкретной страны.
Положения, касающиеся проектирования конструкции, строя¬
щейся из определенного материала (например, из бетона или ста¬
ли), в частности вопросы прочности и жесткости, излагаются в Ев¬
рокодах по строительным материалам (Еврокоды 2—6,9). Еврокод 7
(геотехническое проектирование) и Еврокод 8 (проектирование
сейсмостойких конструкций) относятся ко всем типам конструк¬
ций, независимо от того, из какого материала они построены.
В EN 1997-1 излагаются требования к геотехническому проек¬
тированию, обеспечивающие безопасность (прочность и устойчи¬
вость), эксплуатационную надежность и долговечность конструк¬
ций, т.е. зданий и гражданских сооружений, опирающихся на грунт
и скальное основание. В частности, в EN 1997-1 рассматриваются
вопросы расчета геотехнических воздействий, результатов воздей¬
ствий на конструкции и жесткости основания.
Для геотехнического проектирования с учетом сейсмических ус¬
ловий к правилам проектирования, рассматриваемым в EN 1997-1,
необходимо добавить правила EN 1998-5, Еврокод 8, часть 5: Про¬
ектирование сейсмостойких конструкций. Фундаменты, подпорные
сооружения и геотехнические аспекты.
1.1.2. Вопросы проектирования, не полностью
изложенные в Еврокоде 7, часть 1
Как уже было отмечено в введении к настоящему Руководству,
Еврокод 7 может служить справочным документом при геотехни¬
ческом проектировании плотин, туннелей и средств закрепления
склонов, а также при проектировании фундаментов специальных
сооружений, таких как атомные электростанции. Дополнительные
положения, относящиеся к указанным вопросам и приведённые в
EN 1997-1, возможно, будут необходимы (см. п. 1.1(2) EN 1990 и
п. 2.1(21) EN 1997-1).
1.1.3. Содержание и структура Еврокода 7, часть 1
В разделах EN 1997-1 рассматриваются следующие вопросы:
• Раздел 1: Общие положения.
• Раздел 2: Основы геотехнического проектирования.
• Раздел 3'. Инженерно-геологические условия.
• Раздел 4\ Надзор за строительством, мониторинг и обслуживание.
• Раздел 5: Обратная засыпка, дренирование, улучшение свойств
грунта и его укрепление.
• Раздел 6: Фундаменты на естественном основании.
• Раздел 7: Свайные фундаменты.
30
Глава 1. Общие положения
• Раздел 8: Анкерные крепления.
• Раздел 9: Подпорные конструкции.
• Раздел 10: Гидравлическое разрушение.
• Раздел 11: Устойчивость площадки строительства.
• Раздел 12: Насыпи.
Краткое содержание разделов EN 1997-1:
• В разделе 1 перечисляются основные допущения, определения,
применяемые символы и т.п.
• Разделы 2,3,4, 10 и 11 применимы ко всем типам геотехнических
конструкций.
• Разделы 6, 7 и 9 относятся к отдельным категориям геотехниче¬
ских работ (фундаменты неглубокого заложения или фундамен¬
ты на естественном основании, фундаменты глубокого заложе¬
ния или свайные фундаменты и подпорные конструкции соот¬
ветственно).
• В разделе 8, рассматривающем анкерные крепления, излагают¬
ся вопросы проектирования временных и постоянных анкерных
креплений, предназначенных для усиления подпорных сооруже¬
ний, стабилизации склонов, каналов или туннелей и противо¬
действия гидростатическим подъемным силам, направленным
на конструкции.
• В разделах 5 и 12 рассматриваются геотехнические работы обще¬
го характера.
Названия глав настоящего Руководства и их содержание соот¬
ветствует названиям разделов и содержанию Еврокода 7.
Указанные приложения включены в EN 1997-1:
• Приложение А (нормативное): частные и корреляционные коэф¬
фициенты предельных состояний и рекомендуемые значения.
• Приложение В (информативное): вспомогательная информация
по частным коэффициентам для трёх подходов к проектирова¬
нию.
• Приложение С (информационное): пример определения давле¬
ния грунта на вертикальные стены.
• Приложение D (информационное): пример аналитического рас¬
чета несущей способности.
• Приложение Е (информационное): пример полуэмпирического
расчета несущей способности.
• Приложение F (информационное): примеры расчета развития
осадок.
• Приложение G (информационное): пример расчета несущей спо¬
собности фундаментов на скальном основании.
• Приложение Н (информационное): предельные значения дефор¬
маций конструкции и перемещения фундамента.
п. 1.12(3)
31
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
• Приложение J (информационное): ведомость результатов про¬
верки хода строительства и контроля качества работы.
Приложение А применяется совместно с разделами 6—12, по¬
скольку в нем даются значения частных корреляционных коэффи¬
циентов для расчета критически предельных состояний по несущей
способности. Приложение А носит нормативный характер, означаю¬
щий, что оно представляет собой неотъемлемую часть стандарта и
должно применяться с ним. Однако значения частных и корреляци¬
онных коэффициентов, представленные в информационных прило¬
жениях, только рекомендуются и поэтому могут быть изменены в
Национальных приложениях каждой конкретной страны.
В Приложении В дается некоторая вспомогательная информация
о частных коэффициентах для их применения с тремя подходами
к проектированию, предусмотренными EN 1990 и EN 1997-1 (для
предельных состояний в стабилизированном и нестабилизирован-
ном режимах).
Приложения от С до J являются информационными. Это озна¬
чает, что в Национальном приложении конкретной страны опреде¬
ляется возможность выбора: применять их в своей стране или не
применять.
Приложения от С до G — примеры международно признанных
методик расчета, относящегося к фундаментам и подпорным соору¬
жениям.
В Приложении Н рассматриваются допустимые перемещения
фундаментов. В Приложении J представлена ведомость результатов
проверки хода строительства и контроля качества работы.
Содержание каждого приложения рассматривается в настоящем
Руководстве в главе, соответствующей разделу EN 1997-1.
1.1.4. Еврокод 7, часть 2
п. 1.1.3(1) EN 1997-1 будет дополнен второй частью: EN 1997-2, Еврокод 7:
Геотехническое проектирование, часть 2: Изыскания и испытания
грунтов. В части 2 излагаются общие правила и требования к вы¬
полнению и обработке результатов лабораторных и полевых испы¬
таний, необходимых при геотехническом проектировании. Следует
отметить, что часть 2 появилась в результате слияния двух предва¬
рительных стандартов ENV 1997-2 и ENV 1997-3.
1.2. Нормативные ссылки
п. 1.2(1) В п. 1.2(1) делаются ссылки на другие Еврокоды и стандарты, от¬
носящиеся к геотехническому проектированию, рассматриваемому
в EN 1997-1. Перечень десяти Еврокодов даётся в введении к насто-
32
Глава 1. Общие положения
ящему Руководству На рис. 1.1 показана область применения этих
Еврокодов и связь между ними.
Проведение геотехнических работ рассматривается в Еврокоде 7
только в той степени, которая необходима для обеспечения соответ¬
ствия с допущениями, изложенными в правилах проектирования.
Система Европейских стандартов, относящихся к проведению спе¬
циальных геотехнических работ, в настоящее время (июль 2004 г.)
разрабатывается под руководством Технического комитета 288
CEN(CEN/TC 288); перечень таких стандартов приведен в Евроко¬
де 7 и показан в табл. 1.1. В необходимых случаях ссылки на соот¬
ветствующие стандарты CEN/TC 288 даются в различных разделах
EN 1997-1.
Европейские стандарты по проведению изысканий разрабатыва¬
ются под руководством CEN/TC 341, занимающегося вопросами
инженерно-геологических изысканий. Существующий перечень
предполагаемых стандартов по методике испытаний и технических
спецификаций приведен в табл. 1.2.
1.3. Допущения
Допущения, на которых основываются положения EN 1997-1 и ко¬
торые обязательны для соблюдения пользователями настоящего
стандарта, заключаются в следующем:
1. Исходные данные, необходимые для проектирования и расче¬
та, собираются, регистрируются и обрабатываются персоналом,
имеющим соответствующую квалификацию.
п. 1.1.1(6)
п. 1.1.1(5)
п. 1.2(1)
п. 1.3(2)
33
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
Таблица 1.1
Рабочая программа CEN/TC 288 выполнения
специальных геотехнических работ
Документ
Название документа
Состояние на
июль 2004 г.
Ход
рассмотрения
EN 1536:1999
EN 1537: 1999
EN 1538:2000
EN 12063: 1999
EN 12699: 2000
EN 12715: 2000
EN 12716:2001
Буронабивные сваи
Грунтовые анкера
Стена в грунте
Шпунтовые сваи
Забивные сваи
Строительный рас¬
твор/заливка бетоном
Струйная
геотехнология
EN опубликован
См. год в
названии
Не
применяются
prEN 14199
prEN 14475
prEN 14490
Сваи небольшого
диаметра
Укрепление насыпи
Укрепление грунта
prEN,апрель
1998
prEN, март 2002
Идет перера¬
ботка EN
Этап исследо¬
вания CEN
prEN 288011
Технология глубокого
смешивания
Технология глубокой
вибрации
Глубокий дренаж
Проектируются
Этап исследо¬
вания CEN
Рассматрива¬
ются рабочими
группами
2. Конструкции проектируются квалифицированным и опытным
персоналом.
3. Обеспечивается соответствующая последовательность обмена
информацией между персоналом, участвующим в сборе данных,
проектировании и строительстве.
4. На фабриках, заводах и на местах проведения работ обеспечива¬
ется соответствующий надзор за работой и контроль качества.
5. Работы выполняются квалифицированным и опытным персона¬
лом согласно соответствующим стандартам и техническим усло¬
виям.
6. Строительные материалы и продукция используются согласно
требованиям EN 1997-1 и соответствующим ТУ на материалы и
продукцию.
7. Техническое обслуживание конструкций будет выполняться соот¬
ветствующим образом, для обеспечения их безопасности и эксплу¬
атационной надежности в течение расчетного срока эксплуатации.
8. Конструкция будет использоваться в целях, предусмотренных
проектом.
Указанные предположения должны соблюдаться как проекти¬
ровщиком, так и заказчиком. Чтобы не допустить разночтений, co-
п. 1.3(3) гласие между ними должно быть задокументировано, например, в
отчетах о геотехническом проектировании.
Допущения 7 и 8 касаются обязательств заказчика (владельца/
пользователя объекта), который должен быть осведомлен о своей
34
Глава 1. Общие положения
ответственности в выполнении ремонтно-профилактическихрабо-
ти недопущении превышения нагрузки или изменения местных или
окружающих геотехнических условий. Проектировщик должен реко¬
мендовать условия технического обслуживания; он должен ясно объ¬
яснить владельцу конструкции пределы ее применения с точки зре¬
ния прилагаемых нагрузок, а также грунтовых условий, принятых при
проектировании (т.е. уровень подземных вод и другие условия).
Таблица 1.2
Рабочая программа CEN/TC 341 выполнения специальных
геотехнических работ
Название
Статус на июль 2004 г.
Стандарт по методике испытаний
ТС341
Методы бурения и отбора образцов; Опре¬
деление уровня грунтовых вод:
Часть 1: Отбор образцов —
Принципы
Часть 2: Отбор образцов — Квалифика¬
ционные критерии
Часть 3: Отбор образцов — Подтвержде¬
ние соответствия
Часть 1 близка к завершению
и готова к общественному
обсуждению в 2004 г.; части 2
и 3 будут продолжены весной
2004 г.
Испытание коническим и пьезокониче¬
ским зондом
Часть 1: Электрический конус и пьезоэ¬
лектрический конус
Часть 2: Механический конус
Часть 1: исследование будет
проводиться в середине
2004 г.; часть 2 — исследова¬
ние в конце 2004 г.
Динамическое зондирование и стандарт¬
ное испытание пенетрометром
Общественное обсуждение
закончено; публикация двух
стандартов в 2004 г.
Испытание крыльчаткой
Составление и разработка в
процессе; установленный срок
исследования — 2005 г.
Испытание скважины на расширение:
Прессиометр Менара
Глбкий дилатометр
Самоввинчивающийся прессиометр
Скважинный домкрат
Прессиометр с полным вытеснением
Скважинное испытание на сдвиг
Разработка прессиометра
Менара; испытания гибкого де-
латометра и скважинного дом¬
крата успешно продвигается
Испытание нагружением плиты
Разработка должна начаться
Испытания наливом и откачкой
Разработка должна начаться
Испытание геотехнических конструкций:
Испытание несущей способности сваи
нагрузкой — статическое испытание на
сжатие осевой нагрузкой
Испытание несущей способности сваи
нагрузкой — статическое испытание на
сдвиг осевой нагрузкой
Разработка документов по
испытанию несущей способ¬
ности свай выполняется так же,
как и документы по испытанию
анкерных креплений
35
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
Окончание табл. 1.2
Название
Статус на июль 2004 г.
Испытание несущей способности сваи
нагрузкой — динамическое испытание на
сжатие осевой нагрузкой
Испытание анкерных креплений
Испытание крепления нагелями
Испытание укрепленной насыпи
Технические условия ТС 341
Влажность
Плотность мелкодисперсных грунтов
Плотность твердых частиц
Гранулометрический состав
Испытание в одометре
Испытание пенетрометром
Компрессионные испытания
Неконсолидированное испытание при
трехосном сжатии
Консолидированное испытание при трех¬
осном сжатии
Испытание на прямой сдвиг
Испытание на водопроницаемость
Лабораторные испытания скального
грунта
Все условия предоставлены
для обсуждения
1.4. Различия между принципами и правилами
применения
п. 1.4(1) В Еврокоде 7, так же, как и в других Еврокодах, проводится раз¬
личие между Принципами и Правилами применения, зависящее
от особенностей конкретных статей. В Еврокоде 7 констатируется
следующее:
п. 1.4(2) • Принципы включают в себя:
- заявления и определения, не имеющие альтернативы;
- требования и аналитические модели, для которых не суще¬
ствует альтернативы, если не указано иное.
п. 1.4(3) • Принципы выделяются буквой Р, следующей за номером пара¬
графа.
• Правила применения отмечаются только номером параграфа.
п. 1.4(4) • Правила применения представляют собой общепринятые нор¬
мы, следующие из Принципов и отвечающие их требованиям.
п. 1.4(5) • Допускается применение альтернативных правил при условии,
что они согласуются с соответствующими Принципами.
Глагол «необходимо» всегда применяется в подпунктах, относя¬
щихся к вопросам Принципов. Глагол «следует» обычно использу¬
ется в Правилах применения; кроме того, глагол «может» применя¬
ется в альтернативных правилах применения. Глаголы «является»
36
Глава 1. Общие положения
и «может» применяются в определенных заявлениях или в качестве
предположения.
Что касается альтернатив Правилам применения, п. 1.4(5) и при¬
мечания к пункту (оба воспроизведены из EN 1990), следует доба¬
вить, что альтернативные варианты должны, как минимум, пред¬
усматривать аналогичные уровни безопасности конструкций, их
эксплуатационной надежности и долговечности, которые предус¬
матриваются Еврокодами. Более того, если альтернативное прави¬
ло заменяет Правило применения, то итоговое проектирование не
может быть заявлено как проектирование полностью соответству¬
ющее EN 1997-1, хотя в целом проектирование остается выполнен¬
ным согласно Принципам EN 1997-1.
В ведении к настоящему Руководству уже было отмечено, что
при реализации Еврокода 7 посредством своего Национального
приложения, страна — участница ЕС имеет право на отступление
от правил и может обратиться к «дополнительным правилам/стан-
дартам». Это предполагает предоставление правил применения,
которые соответствуют Принципам стандартов, но не содержатся в
Национальном приложении. Поэтому, как указано выше, такие «до¬
полнительные правила/стандарты» не являются «альтернативны¬
ми» любым правилам применения, изложенным в стандартах.
1.5. Определения
1.5.1. Определения, общие для всех Еврокодов
Большая часть терминологии, относящейся к расчету по методу
предельных состояний, изложена в EN 1990 (кроме того, см. вспо¬
могательное Руководство для проектировщиков к EN1990, Еврокод:
Основы строительного проектирования), но не повторяется в Ев¬
рокоде 7. В действительности, любое повторение избегается, на¬
сколько это возможно. Именно поэтому пользователям Еврокода 7
рекомендуется иметь в наличии EN 1990.
Важно отметить, что во всех Еврокодах термин «action» («воз¬
действие») определяется как нагрузка или как вынужденная де¬
формация, например, температурная или деформация, вызванная
осадкой грунта (п. 1.5.3.1 EN 1990). Примеры воздействий, учиты¬
ваемых в геотехническом проектировании, приведены в п. 2.42, а
комментарии к геотехническим воздействиям даны в главе 2 насто¬
ящего Руководства.
1.5.2. Определения, характерные для Еврокода 7
Ниже приведены термины, являющиеся характерными для Евро¬
кода 7 или перенесенные из EN 1990:
п. 1.4(5)
п. 1.5.1(1)
37
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
п. 1.5.2.1
п. 1.5.2.2
п. 1.5.2.3
п. 1.5.2.4
п. 1.5.2.5
п. 1.5.2.6
п. 1.5.2.7
• Геотехническое воздействие: воздействие, передаваемое на соо¬
ружение основанием грунта, насыпным грунтом, надземной или
грунтовой водой (определение взято из п. 1.5.3.7 EN 1990). При¬
мером геотехнических воздействий является давление грунта на
подпорные конструкции и зависание грунта на сваях.
• Сопоставимый опыт: документированная либо иная четко уста¬
новленная информация о грунте, который рассматривается в
проекте, включая разновидности грунтов со схожими геотех¬
ническими характеристиками, а также схожие сооружения. Ин¬
формация, полученная на месте, рассматривается как наиболее
достоверная.
• Грунтовое основание: грунт, скальная порода и засыпка на месте
строительства перед выполнением строительных работ.
• Конструкция: упорядоченное сочетание соединённых элементов,
включая насыпной грунт, уложенный во время строительных ра¬
бот, предназначенное для восприятия нагрузок и обеспечения
достаточной жесткости (определение взято из EN 1990).
• Производное значение: значение геотехнического параметра, по¬
лученное теоретически, путем корреляции или эмпирически по
результатам испытаний.
• Жесткость: устойчивость материала к деформациям.
• Сопротивление: способность элемента конструкции или его по¬
перечного сечения противостоять воздействиям без механиче¬
ского разрушения, например, сопротивление грунта, сопротивле¬
ние изгибу, сопротивление потере устойчивости, сопротивление
растяжению (определение взято из EN 1990).
Глаголы «рассматривать», «оценивать», «учитывать» и «опре¬
делять» очень часто встречаются в Еврокоде 7, например, в п. 33,
однако определения им в Еврокоде 7 не даются. Ниже предлага¬
ются определения этим глаголам, разработанные исследователями
Орром (Огг) и Фарреллом (Farrell) (1999), а также Симпсоном и
Дрисколлом (1998).
• Глагол «рассматривать/считать» означает тщательное и раци¬
ональное осмысление соответствующих факторов, влияющих
на расчеты, на основании имеющейся информации, и определе¬
ние их возможного воздействия. Если считается, что один или
несколько факторов оказывают влияние на проектирование, то
они должны быть включены в расчет, в то время как если эти
факторы не влияют на проектирование, то они могут не рассма¬
триваться. Глагол «рассматривать» не подразумевает необходи¬
мость включения указанных факторов в расчет, хотя в некоторых
случаях это делать целесообразно. При геотехническом проекти¬
ровании рекомендуется составлять перечень вопросов, требую¬
38
Глава 1. Общие положения
щих рассмотрения; после чего проектировщик ставит в перечне
контрольных проверок соответствующую отметку
• Глагол «оценивать/давать оценку»означает процесс, включаю¬
щий в себя сочетание расчетов, измерений и сопоставлений, а
также рассмотрение всех соответствующих факторов для уста¬
новления числового значения показателя или проверки выпол¬
нения определенного условия.
• Глагол «учитывать/принимать во внимание» означает фактор
влияния со стороны процесса проектирования. Этот термин,
применяемый в Еврокоде 7, имеет более устойчивое значение,
чем термин «рассматривать»; он предполагает, что влияние
фактора включено в расчет при проектировании.
• Глагол «определять/оценивать» служит для определения чис¬
ленного значения параметра с учетом всех факторов, влияющих
на его величину.
1.6. Символы
Определение многих символов, применяемых при расчете предель¬
ного состояния, приведено в EN 1990, но оно не повторяется в Ев¬
рокоде 7.
Все символы, используемые в Еврокоде 7, приведены в п. 1.6(1).
Они согласуются с символами ISO 3898, а также с рекомендациями
Международного общества по механике грунтов и геотехническому
строительству (ISSMFE, 1981).
Значения характеристик обозначены индексом «к», а расчетные
величины — индексом «d». Индекс «dst» указывает на дестабили¬
зирующее воздействие, в то время как индекс «stb» — на стабили¬
зирующее.
В настоящем Руководстве применяемые символы и индексы со¬
ответствуют символам и индексам, используемым в EN 1997-1.
Единицы измерения Международной системы («Systeme
International») должны применяться в геотехнических расчетах со¬
гласно Еврокоду 7. Определение этим единицам дано в ISO 1000.
Единицы измерения, наиболее применимые при геотехнических
расчетах, представлены в Еврокоде 7, п. 1.6(2).
п. 1.6(1)
п. 1.6(2)
Глава 2
Основы
геотехнического
проектирования
В настоящей главе представлен основной принцип и концепция про¬
ектирования, предусмотренная в EN 1997-1. В главе рассматривают¬
ся частные коэффициенты, представленные в разделе 2 EN 1997-1
совместно с Приложением Д а в Приложении В приводится вспомо¬
гательная информация по подходам к проектированию 1, 2 и 3.
Структура главы соответствует порядку изложения материала в
разделе 2 EN1997-1:
2.1. Требования к проектированию Пункт 2.1
2.2. Расчетные случаи Пункт 2.2
2.3. Долговечность конструкций Пункт 23
2.4. Геотехническое проектирование путем расчета Пункт 2.4
2.5. Проектирование, основанное на предписывающих Пункт 25
требованиях
2.6. Метод наблюдений Пункт 2.7
2.7. Отчет о геотехническом проектировании Пункт 2.8
В приложении представлена информация о применении статисти¬
ческого метода для количественной оценки значений характеристик.
2.1. Требования к проектированию
EN 1990 определяет предельные состояния как «состояния, за
пределом которых конструкция не отвечает требованиям опреде¬
п. 2.1(1 )Р
41
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
п. 2.1(3)
п. 2.4.7.1(1)Р
п. 2.1(4)
пп. 2.1(8) -
2.1(28)
42
ленного расчетного критерия». Целью расчета предельного состо¬
яния является недопущение достижения ни одного из предельных
состояний, при применении в моделях расчета соответствующих
расчетных значений воздействий, жесткости материалов и геоме¬
трических характеристик. Для упрощения проектирования приня¬
ты два принципиально отличающихся типа предельного состояния,
каждый из которых имеет свой расчетный критерий (предельные
состояния рассматриваются в Руководстве для проектировщиков к
EN1990, стр. 36-40 (X. Гульванесян и др., 2002 г.):
• предельные состояния по несущей способности определены в
EN 1990 как «состояния, обусловленные обрушением или ины¬
ми аналогичными формами потери несущей способности строи¬
тельных конструкций» (например, разрушение фундамента, вы¬
званное недостаточной несущей способностью);
• предельные состояния по пригодности к эксплуатации опреде¬
лены в EN 1990 как «состояния, соответствующие условиям, за
пределами которых установленные эксплуатационные требова¬
ния, предъявляемые к конструкциям или элементам конструк¬
ций, уже не соблюдаются» (например, избыточная осадка).
Предельные состояния, соответствующие «разрушению» геотех¬
нической конструкции встречаются чрезвычайно редко. Вместе с
тем предельное состояние по несущей способности обычно разви¬
вается при таких значительных перемещениях, когда не выполня¬
ются требования безопасности опирающихся конструкций. В связи
с этим стандарт требует проверки того, что предельное состояние
не наступит в результате потери несущей способности грунта или
в результате потери несущей способности опирающейся конструк¬
ции. Также необходимо проверить, что избыточные деформации
основания не приведут к достижению сооружением предельного
состояния.
Предотвращение возникновения предельных состояний должно
проверяться одним из указанных ниже способов или их сочетанием:
• расчетом (порядок расчета изложен в п. 2.4);
• принятием предписывающих требований (изложено в п. 2.5),
согласно которым хорошо обоснованный и проверенный расчет
принимается без вычислений на основании четко определенных
условий грунта и условий нагружения;
• испытанием моделей или полномасштабными испытаниями (из¬
ложено в п. 2.6), что особенно применимо для расчета свай и ан¬
керных креплений;
• методом наблюдения (изложено в п. 2.7).
Для установления требований к геотехническому проектирова¬
нию в EN1997-1 даются рекомендации по разделению конструкций
на геотехнические категории 1, 2 и 3, определяемые сложностью
Глава 2. Основы геотехнического проектирования
этих конструкций, условиями грунта и нагружения, а также прием¬
лемым уровнем риска, относящегося к конструкции. Однако такое
разделение на категории не является обязательным. Указанные гео¬
технические категории используются в стандарте для определения
объема инженерно-геологических изысканий и объема работ, на¬
правленных на проверку проекта. На рис. 2.1 показана блок-схема,
иллюстрирующая этапы геотехнического проектирования, соот¬
ветствующие принципам и правилам EN 1997-1. Важно заметить,
Рис. 2.1. Процесс проектирования согласно EN 1997-1 (цифры в скобках
указывают соответствующие разделы и пункты EN 1997-1). (Согласно
Симпсону и Дрисколлу, 1998 г.)
43
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
п. 2.1(14)-
2.1(21)
п. 2.1(19)
п. 2.2(1)
п. 2.2(2)
44
что геотехнические категории следует проверять на каждом этапе
проектирования и возведения.
Простые конструкции, подвергаемые незначительному риску,
требования к которым соблюдаются на основании опыта проек¬
тирования, относятся к категории 1. Большая часть конструкций
попадает под категорию 2, в то время как сложные конструкции от¬
носятся к категории 3.
В EN 1997-1 внимание уделяется конструкциям, относящимся к
геотехнической категории 2; кроме того, приводятся примеры ти¬
пичных проблем проектирования.
На рис. 2.2 представлена блок-схема, помогающая отнести какую-
либо проблему к соответствующей геотехнической категории.
2.2. Расчетные случаи
Проект должен быть проверен на соответствие расчетным ситуаци¬
ям. Расчетные ситуации выбираются так, чтобы охватить все воз¬
можные условия, которые могут возникнуть в ходе строительства
и эксплуатации конструкции. Различные расчетные ситуации для
предельных состояний по несущей способности и предельных состо¬
яний по пригодности к эксплуатации излагаются в EN1990 и обсуж¬
даются в Руководстве для проектировщиков к EN1990 (стр. 35—36).
В EN 1997-1 рассматриваются предельные состояния по несущей
способности в стабилизированном и нестабилизированном состоя¬
нии, а также в аварийных ситуациях; кроме того, рассматриваются
предельные состояния по пригодности к эксплуатации.
Если водопроницаемость водонасыщенного грунта сравнитель¬
но низка, (т.е. время, необходимое для рассеивания избыточного
положительного или отрицательного порового давления, вызван¬
ного строительными работами, продолжительное по сравнению с
периодом строительства), то необходимо рассмотреть дренирован¬
ное и недренированное состояния с избыточным поровым давлени¬
ем и только дренированное после рассеивания порового давления.
Недренированные условия имеют большое значение при нагруже¬
нии мелкодисперсных грунтов и в случаях, когдад лительное рас¬
сеивание порового давления воды приводит к повышению проч¬
ности грунта. Обычно такие условия создаются при нагружении
пластичных глин (например, пластичные глины, находящиеся под
плотинами). Дренированные условия имеют значение при рассмо¬
трении мелкодисперсных грунтов, в которых уменьшение порового
давления приводит к снижению прочности грунта. Обычно такие
условия создаются при снятии нагрузки с тугопластичных глин, на¬
пример, после выемки грунта.
В п. 2.2(2) приведен перечень, который может оказаться необхо¬
димым при определении условий расчета.
В конструкции предусматриваются чрезвычайные риски?
Глава 2. Основы геотехнического проектирования
45
Рис. 2.2. Блок-схема деления геотехнических конструкций на категории (согласно Симпсону и Дрисколлу, 1998 г.
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
Вероятность наступления и последствий различных расчетных
ситуаций неодинакова, поэтому требования к надежности также
могут быть разными.
Например, в аварийной ситуации конструкция не должна раз¬
рушиться, а условия эксплуатации не рассматриваются (подробная
информация приведена в п. 2.4.5).
Расчет сейсмических условий не рассматривается в EN 1997-1.
По этому вопросу читатель отсылается к EN 1998-5, Еврокод 8: Про¬
ектирование сейсмостойких конструкций, часть 5: Фундаменты,
подпорные конструкции и геотехнические аспекты.
2.3. Долговечность конструкций
п. 2.3(1 )Р Долговечность конструкции — это её способность оставаться годной
к использованию в течение расчетного срока службы при обеспече¬
нии соответствующего технического обслуживания. Техническое
обслуживание геотехнических конструкций является сложной, а
зачастую и невозможной работой. В данном случае при проекти¬
ровании следует учесть ухудшение с течением времени свойств
материалов, вызванное агрессивностью окружающей среды (грунт,
грунтовые воды, химические вещества), предусмотрев использова¬
ние достаточно стойких материалов и их защиту.
2.4. Геотехническое проектирование путем
расчета
2.4.1. Общие положения
п. 4.1(1)? В EN 1990 определены воздействия, учитываемые при расчетах.
Значения воздействий на конструкции берутся из EN 1991, в то
время как в EN 1997-1 рассматриваются:
• геотехнические воздействия;
• геотехническое сопротивление.
Проектирование путем расчетов является наиболее распростра¬
нённой процедурой проверки недопущения предельных состояний.
Это основной вопрос, рассматриваемый EN 1997-1.
Процедура расчета предельных состояний включает в себя:
• установление воздействий, являющихся или прилагаемыми на¬
грузками, или прилагаемыми перемещениями;
• определение свойств грунта и строительных материалов;
• определение предельных значений деформации, ширины рас¬
крытия трещин, вибрации и т.п.;
• создание моделей расчета соответствующих предельных состо¬
яний, прогнозирующих результаты воздействий, степень устой-
46
Глава 2. Основы геотехнического проектирования
чивости и/или деформирования грунта, в которых учитываются
различные расчетные случаи;
• расчетное подтверждение того, что в расчетных ситуациях пре¬
дельные состояния не будут превышены.
Расчетные значения воздействий и устойчивости материалов, а
также сочетаний нагрузок (воздействий) различны для постоянных
и временных предельных состояний, для аварийных предельных
состояний и для эксплуатационных предельных состояний.
Хотя проектирование методом расчета и является наиболее рас¬
пространённым методом геотехнического проектирования, проек¬
тировщик при всех обстоятельствах должен знать,
что сведения о грунтовых условиях зависят от объема и качества вы¬
полненных геотехнических изысканий. Сведения о грунте и контроль
качества изысканий, как правило, являются более важными для соблю¬
дения основных требований, чем точностьработы расчетных моделей и
определения частных коэффициентов.
Расчетная модель может включать в себя аналитическую модель,
полуэмпирическое правило или численную модель. В EN 1997-1 не
предписываются расчетные модели для определения предельных
состояний; некоторые модели представлены в информационных
приложениях. Несколько примеров аналитических моделей и полу-
эмпирических правил расчета приведены в примерах к настоящему
Руководству. Следует отметить, что в EN 1997-1 представлены не
только аналитические и полуэмпирические модели, но и численные
модели (метод конечных элементов, метод конечных разностей и
т.п.), хотя они и не рассматриваются в стандарте.
При отсутствии в EN 1997-1 надежной расчетной модели для
определения особого предельного состояния допускается анализ
возможного другого предельного состояния; при этом используют¬
ся коэффициенты, подтверждающие невозможность возникнове¬
ния такого особого предельного состояния. Такой подход обычно
используется в геотехническом проектировании для оценки экс¬
плуатационных предельных состояний упрощенным способом в
тех случаях, когда не требуются значения деформаций; при этом
используются модели предельных состояний (например, модели
несущей способности) с довольно большими «коэффициентами на¬
дежности» (кроме того, см. раздел 2.4.6 настоящего Руководства). К
примеру, этот метод применен в разделе 6 в качестве «косвенного ме¬
тода» для оценки расчета фундамента на естественном основании.
Зачастую расчетные модели включают в себя упрощения, что
приводит к ошибкам при расчете надежности. Не исключено, что
расчетная модель включает в себя систематическую ошибку или
выдаёт неопределенные значения. Результат расчетов, выполнен¬
ных с помощью такой модели, при необходимости можно испра-
п. 2.4.1(2)
пп. 2.4.1(3)Р-
2.4.1(5)
п. 2.4.1(4)
пп. 2.4.1(6)-
2.4.1(9
47
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
вить, применив модельный коэффициент и убедившись в точности
расчета или допустимом значении ошибки. Модельные коэффи¬
циенты могут применяться к нагрузкам или к жесткости. Практи¬
ческое применение модельных коэффициентов рассматривается в
различных главах настоящего Руководства.
2.4.2. Воздействия
п.2Л.2(1)Р Значения характеристик воздействий должны выводиться, исходя
из принципов EN 1990. Значение воздействий от сооружения не¬
обходимо брать из EN 1991. EN 1997-1 посвящён геотехническим
воздействиям, оказываемым на конструкции, и геотехническим со¬
противлениям.
Воздействия могут быть представлены нагрузками (силами),
прилагаемыми на конструкцию или на грунт, и перемещениями
или ускорениями, передающимися через грунт на конструкцию,
или наоборот. Нагрузки могут быть постоянными (например, соб¬
ственный вес конструкции или грунта), переменными (например,
нагрузки, прилагаемые на пол здания) и случайными (например,
динамические нагрузки).
Необходимо отличать воздействия, оказываемые конструкцией
на грунт, и геотехнические воздействия, оказываемые грунтом, по¬
тому что в некоторых подходах к проектированию частные коэф¬
фициенты применяются по разному (см. раздел «Подходы к про¬
ектированию»).
п. 2.4.2(9)Р Важным принципом при рассмотрении воздействий является
«принцип единого источника» (см. примечание 3 в табл. A. 1.2(B)
Приложения А1 к EN 1990). Согласно указанному принципу, если
постоянные воздействия от одного физического источника дей¬
ствуют одновременно и благоприятно, и неблагоприятно, то к их
суммарному воздействию или к результату их воздействия можно
применить единый коэффициент. В качестве типичного примера
можно рассмотреть давление воды, действующее на обе стороны
подпорной конструкции, при этом вода поступает из одного водо¬
носного горизонта. В таком случае результат давления воды на ак¬
тивной и пассивной стороне подпорной конструкции рассчитыва¬
ется при помощи одного частного коэффициента, применимого к
обеим сторонам (см. пример 9.2).
2.4.3. Свойства грунта
п. 2.4.3( 1)Р В EN 1997-1 подчеркивается, что значения свойств грунта необхо¬
димо получать, руководствуясь результатами испытаний или ины¬
ми данными. Такими данными могут быть, например, обратные рас-
48
Глава 2. Основы геотехнического проектирования
четы по результатам измерения осадки грунта или потери устойчи¬
вости фундаментов и склонов.
Оценивая геотехнические параметры на основе результатов ис¬
пытаний, следует учитывать наличие возможных различий между
значениями, установленными в ходе испытаний, и значениями, при¬
сущими грунтовому массиву и/или геотехнической конструкции. В
перечне контрольных проверок приведены факторы, которые могут
стать причиной таких различий. Одной из важных является про¬
верка заметного размягчения грунта или его хрупкости. Когда пи¬
ковая прочность превышается локально, происходит резкая потеря
сопротивления, при этом перераспределение напряжений должно
привести к дальнейшему превышению сопротивления грунта, ко¬
торое в конечном счете может стать результатом прогрессивного
разрушения.
В разделе 2.4.4 изложены дальнейшие пояснения.
2.4.4. Значения геотехнических характеристик
Общие вопросы
Процесс определения значений геотехнических характеристик для
проектирования по результатам лабораторных или полевых испы¬
таний обычно разделяется на два основных этапа (рис. 2.3):
• Этап 1: определение значений соответствующих свойств грунта.
• Этап 2: выбор значения характеристики исходя из умеренной
оценки показателя, влияющего на достижение предельного со¬
стояния и включающего всю соответствующую дополнительную
информацию.
Вопросы, рассматриваемые на этапе 1, изложены в разделе 3.3.3
настоящего Руководства. В этой главе рассматривается содержание
этапа 2.
В EN 1997-1 даётся определение значения характеристики как
«значения, выбранного в качестве умеренной оценки показателя,
влияющего на появление предельного состояния». Каждое слово и
каждая фраза, содержащаяся в этом пункте, имеет следующее зна¬
чение:
• выбранный/отобранный — это слово подчеркивает важность ин¬
женерной оценки;
• умеренная оценка — требуется консервативный подход;
• предельное состояние — выбранное значение должно относиться
к предельному состоянию (разъяснение даётся в главе 3).
Существует две проблемы, требующие рассмотрения при выборе
значений характеристик:
1) объем и степень достоверности определения параметра;
п. 2.4.ЩР
п. 2.4.3(4)
п. 2.4.5.2(1)Р
п. 2.4.5.2(2)Р
п. 2.4.5.2(2)Р
п. 2.4.5.2(4)Р
49
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
Этап 1
Рассматривается в
EN 1997-1, ПП. 2.4.3, 3.3
и EN1997-2
Измеренные значения
Внесение поправок в значения, полученные
по результатам испытания, не зависят от
дальнейших анализов
Результаты испытаний
Результаты полевых испытаний на определенных
точках грунта или в различных местах
проведения работ, или лабораторные испытания
отдельных образцов
М Отбор результатов испытания, например,
пиковых или постоянных значений прочности
^ Теоретическое, эмпирическое
взаимоотношение или корреляция для
получения производных величин
• Выбор очень умеренной корреляции при
применении стандартных табличных
параметров с результатами испытания
^ Оценка влияния условий испытания и расчетных
условий на значение параметра. Коэффициенты
калибровки и коррекции, применяемые для
установления связи параметра с расчетной
ситуацией и для учета взаимозависимости,
применяемой для получения производных
величин по результатам испытаний, например:
• коэффициент перехода с осесимметричного
в плоскодеформированное состояние;
• коэффициент коррекции для установления
соответствующих значений си из измеренных
значений cfvB ходе полевого испытания грунта
зондированием крыльчаткой
^ Соответствующие публикуемые данные,
местный и общепризнанный опыт
Значения геотехнических параметров,
выраженные количественно для проектных расчетов
Этап 2
Рассматривается в
EN 1997-1, П. 2.4.5.2
Умеренная оценка геотехнического параметра
с учетом:
• количества результатов испытаний;
• изменяемости грунта;
• разброса значений результатов испытаний,
например, применение коэффициентов^
результатам испытания свай;
• особых предельных состояний и объема грунта;
• характера конструкции, её жёсткости и
способности к перераспределению нагрузок
Значение характеристического параметра
Рис. 2.3. Общая процедура определения значений характеристик,
исходя из измеренных значений
50
Глава 2. Основы геотехнического проектирования
2) объём грунта, связанный с рассматриваемым предельным состо¬
янием, и способность конструкции переносить нагрузки со сла¬
бых участков грунта на сильные.
Объем и степень достоверности определения
Тщательность, с которой выбирается значение характеристики, за¬
висит, помимо всего прочего, от доверия инженера-геотехника дан¬
ным о грунте. Это определяется:
1) объемом информации (результаты полевых испытаний и прочая
соответствующая информация);
2) разбросом (изменяемостью) результатов.
Очевидно, что, чем большее количество испытаний на месте про¬
ведения работ произведено и чем больше имеется соответствующей
информации, тем точнее будет определение значений характери¬
стик, влияющих на предельное состояние грунта. Другая вспомога¬
тельная информация может включать в себя результаты испытаний
грунта соседних участков и региональной геологической базы дан¬
ных. Указанное выше особенно важно для реализации простых про¬
ектов, когда в распоряжении имеется незначительное количество
результатов испытаний. Разница между выбранным значением ха¬
рактеристики и, например, средним значением результатов испыта¬
ния будет больше, если имеется небольшое количество результатов
испытания.
Кроме того, очевидно: чем больше разброс результатов испыта¬
ний, тем значительнее степень неуверенности в значении показате¬
ля, обуславливающего предельное состояние грунта. Разница меж¬
ду выбранным значением характеристики и, например, средним
значением результатов испытания будет больше, если результаты
испытаний показывают большой разброс значений.
Следует отметить, что умеренная оценка среднего значения
свойств грунтового слоя иногда может ввести в заблуждение, по¬
скольку она не выявляет, скажем так, слабые зоны, которые могут
определять наступление предельного состояния. Примерами сла¬
бых зон, которые следует обнаруживать при исследовании грунта,
являются:
• ранее развитые поверхности разрушения;
• кинематически допустимая поверхность скольжения по цепочке
слабых точек грунта.
Рассматриваемый объем грунта и способность конструкции
перераспределять нагрузки
Значения параметров грунта, установленные по результатам испы¬
таний, колеблются произвольно (стохастически) вокруг среднего
значения или вокруг средней тенденции. В лабораторных и поле-
п. 24.5.2(7)
51
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
вых изысканиях испытывается небольшой объем грунта. Объем
грунта, связанный с рассмотрением предельного состояния грунта,
гораздо больше объема образца для испытаний. Поэтому резуль¬
таты испытания должны осредняться по всему объему грунта, для
которого рассматривается предельное состояние. Следовательно,
значение, очень близкое к среднему значению параметра грунта,
обуславливает предельное состояние, когда:
• значительный объем грунта располагается между однородными
слоями и слабые участки компенсируются прочными участками;
п. 2.4.5.2(9) • конструкция достаточно жесткая и прочная, чтобы перераспре¬
делить нагрузки со «слабых» точек фундамента на его «сильные»
точки.
Следует отметить, что свайные фундаменты представляют со¬
бой пример, в котором преимущества могут быть получены из спо¬
собности конструкции перераспределять нагрузки между сваями
(см. главу 7, значения £). В таком случае жесткость конструкции
должна быть достаточной для перевода нагрузки от слабых свай на
более несущие.
п. 2.4.52(8) С другой стороны, значение, близкое к (случайно распределя¬
ющемуся) минимальному значению параметра грунта, может об¬
уславливать предельное состояние, когда:
• задействуется незначительный объем грунта и поверхность раз¬
рушения может развиваться в основном в пределах объема сла¬
бого грунта и/или
• конструкция разрушается перед перераспределением нагрузок
между прочными и слабыми областями, так как она не обладает
достаточной прочностью и жесткостью.
В таких случаях выбранное значение характеристик должно
быть близким к наименьшему значению результатов испытания
или к средним значениям результатов испытания соответствующе¬
го (небольшого) объема грунта.
На рис. 2.4 показаны результаты испытания на сдвиг недрени-
рованного грунта си в зависимости от глубины. Значение сопро¬
тивления ствола сваи, усредняющее значения прочности по длине
ствола, должно рассчитываться, исходя из значения характеристи¬
ки, являющегося осторожной оценкой среднего значения результа¬
тов испытаний недренированного грунта на прочность при сдвиге
вдоль ствола между глубинами zt и z2. Сопротивление основания
сваи, определяемое небольшим объемом почвы вокруг основания
сваи, рассчитывается с помощью значения характеристики, близко¬
го к наименьшему результату испытания, между глубинами zt и z4,
если отсутствуют результаты испытаний небольшого объема грун¬
та, определяющего поведение основания. Если имеются результаты
таких испытаний, как в случае, показанном на рис. 2.4, то следует
52
Глава 2. Основы геотехнического проектирования
Сопротивление сдвигу недренированного грунта си
Рис. 2.4. Значения характеристик сопротивления сдвигу
недренированного грунта си для определения сопротивления ствола
и основания сваи
принять умеренную оценку среднего результата испытания между
глубинами 23 и z4. Значение характеристики, показанное на рис. 2.4,
является очень предусмотрительной оценкой среднего значения,
при этом обращается внимание на самое низкое значение, посколь¬
ку получено мало значений результатов испытания на глубинах
между 23 и 24.
Значения характеристик обычно ниже наиболее вероятного зна¬
чения (когда низкие значения параметров грунта выдают более
консервативные результаты, например, при рассмотрении проблем
несущей способности). В некоторых случаях, когда высокие значе¬
ния сдвиговых параметров грунта показывают более консерватив¬
ные результаты, например, при рассмотрении отрицательного тре¬
ния, значения характеристик должны быть больше, чем наиболее
вероятное значение.
Некоторые предельные значения могут обуславливаться в боль¬
шей степени разницей между наиболее верхними и нижними значе¬
ниями, а не самими средними значениями. Это особенно относится
к эксплуатационным предельным значениям, когда неравномерная
осадка может быть разрушительней средней осадки. Неравномер¬
ная осадка обуславливается разницей между наименьшими и наи-
п. 2.4.52(5)
п. 2.4.5.2(6)9
53
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
большими средними значениями параметров сжимаемости грунта.
В таком случае определение значений характеристик должно быть
направлено на разницу между слабыми и прочными областями, а
также на степень распространения этих областей по отношению к
жесткости конструкции. При рассмотрении независимых параме¬
тров следует применить наиболее неблагоприятные сочетания мак¬
симального и минимального значений.
Применение статистических методов проектирования
п. 2.4.5.2(10) Статистические методы могут применяться при выборе значений
характеристик геотехнических параметров, однако их применение
не является обязательным. Статистические способы нацелены на
расчет значения параметра, исходя из выборочной оценки параме¬
тра (среднее значение, значение стандартного отклонения) и исход¬
ной информации. Значение характеристики выбирается так, чтобы
существовала незначительная вероятность того, что значение, обу¬
словливающее предельное состояние грунта, было бы менее благо¬
приятным, чем значение характеристики.
п. 2.4.5.2( 11) Применение статистических методов предполагает наличие доста¬
точно большого количества результатов испытаний (такие результа¬
ты могут включать данные, взятые из предыдущих испытаний).
В стандарте даётся следующая рекомендация: при применении
статистических методов рассчитанная вероятность худшего зна¬
чения, обуславливающего наступление предельного состояния, не
должна превышать 5 %. В примечании к п. 2.4.5.2(11) ставится во¬
прос о различии между ситуациями, когда умеренная оценка «сред¬
него значения ограниченного набора геотехнических параметров» ста¬
новится актуальной и «когда дело касается локального разрушения».
Когда среднее значение параметра грунта обуславливает насту¬
пление предельного состояния (например, когда наступление пре¬
дельного состояния определяется большим объемом грунта и когда
происходит перераспределение нагрузок), то значение характери¬
стики ХС} mean должно выбираться как умеренная оценка (неизвест¬
ного) среднего значения. Статистические методы расчета должны
обеспечивать расчет Хс> mean, неизвестного среднего значения па¬
раметра, обуславливающего наступление предельного состояния
грунта с заданным уровнем доверительности (например, 95 %) того,
что это значение будет более благоприятным, чем характеристиче¬
ское значение Хс> mean (рис. 2.5).
Когда необходимо установить умеренную оценку местного мини¬
мального значения (например, если незначительный объем грунта
задействуется в предельном состоянии по несущей способности и
отсутствуют результаты испытания небольшого объема грунта), то
значение характеристики Xlow должно выбираться таким образом,
чтобы оставалась только 5 %-ная вероятность того, что где-нибудь
54
Глава 2. Основы геотехнического проектирования
в грунте остается значение, менее благоприятное, чем характери¬
стическое. В таких случаях значение характеристики XIow должно
выбираться равным 5 %-ному квантилю (см. рис. 2.5).
Рис. 2.5. Умеренная оценка среднего значения Хс mean и умеренная оценка
местного нижнего значения X,ow с помощью 5 %-ного квантиля, исходя из
выборочного параметра Xmean и sx при неизвестном значении Ух
Во многих случаях 5 %-ный квантиль даёт очень низкое значение
характеристики XIow, что может привести к достаточно консерва¬
тивному расчету. В подобных случаях рекомендуется провести бо¬
лее глубокое исследование грунта и определить средние значения
местных параметров на проектируемых участках (см. рис. 2.4).
Выбор статистических формул для определения доверительно¬
го среднего значения, равного 95 %-ному или 5 %-ному квантилю,
зависит от типа выборки, типов образцов, а также объёма и надеж¬
ности теоретических знаний. Необходимо различать выборку без
тенденции изменения от выборки, демонстрирующей значитель¬
ную тенденцию изменения. В однородной выборке без тенден¬
ции изменения колебания значений параметров происходят чисто
произвольно вокруг среднего значения. Зависимость между зна¬
чением параметра и его расположением отсутствует. В выборке с
тенденцией изменения значения параметров произвольно распре¬
деляются вокруг четко различимой области, зависимой от другого
параметра. Данные выборки и иная соответствующая информация
(например, геологические данные) могут использоваться для уста¬
новления, имеет ли совокупность данных значительную тенденцию
п. 2.4.5.2(10)
55
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
изменения или остается неизменно однородной. Примерами изме¬
нения выборки могут быть увеличение прочности грунта при не-
дренированном сдвиге по мере увеличения глубины и увеличение
прочности грунта при дренированном сдвиге при стандартном на¬
пряжении. Статистические формулы, применяемые длявыборки с
тенденцией изменения и без неё, имеют различия.
Значения параметров собираются в статистическую выборку
«образцов». Различные типы статистических выборок отличаются
друг от друга в зависимости от способа построения совокупностей
данных. Для совокупности местных данных результаты испыта¬
ний выборки или производные величины устанавливаются испы¬
таниями на месте проведения работ или вблизи проектируемой гео¬
технической конструкции. Для региональных совокупностей дан¬
ных результаты испытаний выборки устанавливаются с помощью
испытаний на одной формации, распространяющейся на большой
территории, и собираются, например, в базу данных. При наличии
значительной совокупности данных она используется в основном
для выборки значения характеристики. Однако если отсутствует
местная информация или она имеется в незначительном количе¬
стве, то выбор значения характеристики может основываться на
результатах регионального выборочного исследования или на иной
соответствующей информации. Для конструкций геотехнических
категорий 2 и 3 региональное выборочное исследование должно
выполняться только для предварительного проектирования. Пред¬
полагаемое значение характеристики должно быть подтверждено
на более позднем этапе результатами местного выборочного иссле¬
дования. Когда имеется ограниченное количество результатов ис¬
пытаний и существует важная региональная совокупность данных,
то оба источника информации могут быть объединены при выборке
значения характеристики.
При выборе значения характеристики необходимо ввести любую
дополнительную, а также исходную информацию. Это выполняется
с помощью методик Байеса. Обсуждение методик Байеса не входит
в рамки Руководства; их использование для решения рядовых про¬
блем не представляется целесообразным.
Другой способ введения исходной информации предусматрива¬
ет использование коэффициента изменения Ух свойств. Концепция
случая, названного «известное значение Ух», введена в EN 1990 (см.
EN 1990, п. D7.1(5)). В пределах грунтового слоя коэффициент из¬
менения значительно не меняется. Знание коэффициента измене¬
ния может применяться при выборке значения характеристики. С
помощью статистической формулы получаем значение характери¬
стики, которое будет ближе к среднему выборочному значению по
сравнению со значением, применяемым, когда коэффициент изме¬
нения свойств неизвестен из исходных данных (случай, названный
56
Глава 2. Основы геотехнического проектирования
«значение Vx неизвестно») и должен быть установлен исходя из вы¬
борочных данных отдельно.
Простой подход к выборке значения характеристики Хк заключа¬
ется в применении уравнения (D2.1), приведенного в приложении
к настоящей главе:
^•k — ^-mean(l ^п^х)>
где Xmean — среднее арифметическое значение параметров; Vx — ко¬
эффициент изменения; kn — статистический коэффициент, завися¬
щий от количества результатов испытаний, типа характеристики
(«среднее» или «квантиль») и исходной информации о коэффици¬
енте вариации (случай «неизвестное значение Vx» или «известное
значение Vx»). Дальнейшая информация изложена в приложении к
настоящей главе и в примере 2.1.
На рис. 2.5 показано определение значений характеристик при
простом случае выборки, состоящей из п значений параметра Х{ и
взятой в однородном слое грунта без тенденции изменения. Пред¬
полагается, что параметр обладает стандартным распределением
и дополнительная информация отсутствует (случай «неизвестное
значение Vx»). Параметрами выборки являются её средние значе¬
ния Xmean и стандартное значение отклонения sx. Характеристиче¬
ское значение Хс ,mean определено с помощью уравнения (D2.1), что¬
бы имелась вероятность 95 %, что среднее значение, обуславливаю¬
щее наступление предельного состояния грунта, больше значения
характеристики. Исходя из табл. 2.5, расположенной в приложении
к настоящей главе, коэффициент kn принимается за значение &n mean
для случая «неизвестное значение Ух».
Этот простой случай показывает, что:
• значение характеристики XCt mean становится ближе к выборочно¬
му среднему значению Xmean по мере увеличения числа результа¬
тов испытания п;
• по мере роста стандартного отклонения sx «расстояние» между
выборочным средним значением Xmean и значением характери¬
стики XCt mean увеличивается.
Кроме того, для сравнения на рис. 2.5 показан 5 %-ный квантиль
нижнего значения Xlow. Xlow можно рассчитать с помощью уравне¬
ния (D2.1), в котором значение kn принимается за &n, fractiie> исходя
из табл. 2.7, приведенной в приложении. Следует отметить, что в
табл. 2.7 даются различия между случаями «неизвестное значение
Ух» и «известное значение Vx», для которых величины fractiie от_
личаются друг от друга. kn fractile значительно больше, чем &n, mean для
95 %-ного доверительного среднего значения. Поэтому значение
квантиля Xlow значительно ниже, чем 95 % доверительной оценки
Хс, mean среднего значения.
57
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
В примере 2.1, рассматривающем статистический анализ ре¬
зультатов испытания, показано отличие между местным нижним и
средними значениями, а также значение коэффициента изменения
в случае «известное значение Ух».
Дальнейшее обсуждение и рассмотрение подробной инфор¬
мации о статистических методах и формулах, используемых для
определения значений характеристик, предлагается в приложении
к настоящей главе и в Приложении С Руководства для проектиров¬
щиков к EN1990.
2.4.5. Предельные состояния
Общие положения
Несмотря на то, что в EN 1997-1 рассматриваются вопросы проек¬
тирования различных типов фундаментов, подпорных конструкций
и иных геотехнических конструкций, этот стандарт не указывает на
то, какие теории механики грунтов или какие модели механическо¬
го поведения грунтов необходимо использовать для определения,
например, давления грунта на подпорную конструкцию или на
склоны. Однако в EN 1997-1 говорится о том, какими критериями
проектирования следует руководствоваться при расчетах, и уста¬
навливается обязательный порядок проверки с использованием
частных коэффициентов. Значения частных коэффициентов, из¬
ложенные в Приложении А, носят рекомендательный характер; они
могут быть изменены в Национальном приложении. (Общая кон¬
цепция методики проверки с помощью частных коэффициентов,
определение значений различных частных коэффициентов и фак¬
торы неопределенности, рассматриваемые ими, описаны в EN 1990
(см. раздел 6 и Приложение С9)).
п. 2.4.7.1(1)Р В EN 1997-1 проводится различие между пятью типами предель¬
ных состояний и указываются применимые к ним сокращения,
определенные в EN 1990:
• «потеря устойчивости сооружением или основанием, которые
считаются телами большой жесткости, где прочность кон¬
струкционных материалов и грунта играет незначительную роль
в обеспечении несущей способности (EQU)» например, опрокиды¬
вание подпорного сооружения на скальной породе;
• «внутреннее разрушение или чрезмерная деформация соору¬
жения или его строительных элементов, включая фундаменты,
сваи, подвальные стены и т.д., для которых прочность строитель¬
ных материалов играет решающую роль в обеспечении несущей
способности(5ТК)»;
• «разрушение или чрезмерная деформация основания, для которого
прочность грунта или скальной породы являются определяющи¬
ми в обеспечении несущей cnoco6nocmu(GEO)», например, общая
58
Глава 2. Основы геотехнического проектирования
устойчивость, несущая способность фундаментов на естествен¬
ном основании или свайных фундаментов;
• «потеря устойчивости сооружением или основанием вследствие
увеличения гидростатического давления воды (взвешивающее
действие) или выпора грунта (UPL)»;
• «гидравлический подъем, внутренняя эрозия и вымывание грунта,
вызванные гидравлическими градиентами (HYD)».
Формулы проверки указанных предельных состояний приведе¬
ны в пп. 2.4.72—2.4.7.5.
Меры по предотвращению наступления предельных состояний,
как изложено в EN 1997-1, в основном сводятся к рассмотрению
стабилизированных и нестабилизированных состояний; частные
коэффициенты, предлагаемые в Приложении Л, применимы только
для этих ситуаций.
В аварийных ситуациях все значения частных коэффициентов
должны, как правило, приниматься равными 1,0. Требования и ре¬
комендации по проектированию сейсмостойких конструкций да¬
ются в EN 1998-5.
В случае возникновения чрезвычайного риска или исключитель¬
но сложных грунтовых условий следует применить более строгие
значения частных коэффициентов, чем те, которые указаны в При¬
ложении А.
Менее строгие значения могут применяться к временным кон¬
струкциям или к нестабилизированным состояниям, когда возмож¬
ные условия обосновывают их применение.
В условиях, когда прочность грунта является неблагоприятным
фактором (например, отрицательное поверхностное трение сваи
или смещение сваи вдоль вертикальной оси), расчетное значение
неблагоприятного воздействия может быть получено одним из ука¬
занных способов:
1. Применением обратного набора М2 коэффициентов надежности
по материалу в качестве частных коэффициентов воздействия к
характеристике неблагоприятного воздействия (см. пример 7.4).
2. Применением обратного набора М2 коэффициентов надежно¬
сти по материалу к характеристикам прочности материалов для
установления расчетной прочности и, следовательно, величи¬
ны неблагоприятного воздействия. Если при принятии такого
подхода параметры прочности грунта применяются для расчета
другой составной части неблагоприятного воздействия (напри¬
мер, боковое давление грунта на сваи), важно убедиться в том,
что применение обратного частного коэффициента к значению
характеристик прочности грунта для определения составной
части воздействия не приведет в результате компенсирующего
действия к занижению неблагоприятного воздействия, а отсюда
п. 2.4.7.1(2)Р
п. 2.4.7.1(3)
п. 2.4.7.1(4)
п. 2.4.71(5)
59
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
и к сниженной степени надежности. Аналогичная ситуация, свя¬
занная с компенсирующим действием, может возникнуть, когда
прочность грунта действует в качестве благоприятного фактора
(как при взвешивающем давлении; см. раздел 10.2.2, уравнение
(D10.4)).
п.2.4.7.1(6) В п. 2.4.7.1(6) оговариваются случаи, когда модельный коэффи¬
циент применяется к результату воздействия вместо его примене¬
ния к характеристике источника воздействия.
Проверка предельного состояния по устойчивости
п. 2.4.7.2(1)Р Проверка статического равновесия (EQU) предполагает, что проч¬
ность почвы и конструкции не имеют большого значения для обе¬
спечения устойчивости. Вопросы статического равновесия в основ¬
ном рассматриваются при конструкционном проектировании. При
геотехническом проектировании проверка предельного состояния
по статическому равновесию применяется в редких случаях, напри¬
мер, для проверки фундаментов и воздействия на скальный грунт.
Неравенство статического равновесия (уравнение (2.4)) требует,
чтобы расчетное значение опрокидывающего воздействия (напри¬
мер, опрокидывающий момент, вызванный воздействием грунта
или воды) не превышало бы сумму расчетного значения удержива¬
ющего воздействия (например, удерживающий момент, обеспечи¬
ваемый весом конструкции) и расчетного значения любой незначи¬
тельной прочности на сдвиг (например, на стороне конструкции).
Значения частных коэффициентов, применяемых для проверки
предельного состояния по устойчивости в стабилизированном и не-
стабилизированном состояниях, приведены в EN 1997-1, табл. А.1
и А.2 Приложения А.
Значения табл. А.2 применимы к незначительной степени
прочности на сдвиг. (Прочность на сдвиг не должна рассматри¬
ваться в качестве удерживающего воздействия, поэтому к ней не
надо применять значения частных коэффициентов, приведенных
в табл. А.1.)
Проверка предельного состояния по потере несущей
способности грунта (CEO) и конструкции (STR)
При проверке предельных состояний, связанных с разрушением
или избыточной деформацией грунта или конструкции, необходи-
п. 2.4.7.3. Ц 1)Р мо, чтобы соблюдалось указанное неравенство:
Ed<Rd, (2.5)
где Ed — расчетное значение результирующей всех воздействий, а
Rd — расчетное значение несущей способности грунта и/или кон¬
струкции.
60
Глава 2. Основы геотехнического проектирования
В отличие от проверки расчетов конструкции, реакция грунта и
его сопротивление не могут быть разделены: геотехнические воз¬
действия иногда зависят от степени несущей способности грунта,
например, активное давление грунта и его сопротивление иногда
зависят от воздействий (к примеру, несущая способность фунда¬
мента мелкого заложения зависит от усилия, приложенного к фун¬
даменту). Существуют различные и равнозначные способы учета
указанной совокупности, т.е. реакции грунта и сопротивления. По¬
этому в EN 1997-1 предлагаются на рассмотрение три подхода к
проектированию для расчета предотвращения разрушения грунта
(GEO) и конструкции (STR).
Расчетный результат воздействий
Результат воздействия является функцией самого воздействия, п.2.4.7.3.2(1)Р
свойств грунта и геометрических параметров. Выражения (2.6а) и
(2.6Ъ) отражают вычисление расчетных значений в различных ма¬
тематических формах, в зависимости от способа применения част¬
ных коэффициентов.
Частные коэффициенты воздействий могут применяться:
• или к представительным значениям воздействия Егер
где yF — частный коэффициент воздействия; ум — частный коэф¬
фициент надежности по материалу; уЕ — частный коэффициент
результата воздействия и ad — расчетное значение геометрических
параметров.
В EN 1990 (п. 6.3.1) и Приложении В к EN 1997-1 объясняется,
когда следует применять выражение (2.6а) или (2.6Ь). Член урав¬
нения Хк/ум вводит в расчет значения результатов геологических
воздействий, таких как давление грунта.
Расчетные значения результата геотехнического воздействия
вычисляются следующими способами (см. Приложение В.2 к
EN 1997-1):
• использованием расчетных значений параметров прочности и
применением частного коэффициента ум > 1,0 к источнику воз¬
действия;
• использованием расчетных значений, равных характеристиче¬
ским значениям параметров прочности, т.е. применением част¬
ного коэффициента ум, равного 1,0.
После этого выражения (2.6а) и (2.6Ь) обращаются в
Ed = E{y¥FTe?, Хк, а^}; (выражение (В.3.2) в Приложении В.2)
Ed -^*{УF-^гер» Х-к/Ум’ ^d}>
• или к его результату (Е)
Ed ~ УЕЕ{Етер, Хк/уш #d},
(.2.6а)
(2.6Ь)
61
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
Ed = УеД-^гср» Xк, ад}. (выражение (В.З. 1) в Приложении В.2)
п. 2.4.7.3.2(3)Р Рекомендуемые значения частных коэффициентов, применя¬
емых в стабилизированном и нестабилизированном состояниях,
приведены в табл. АЗ и АЛ. Альтернативные значения могут ука¬
зываться в Национальных приложениях. Правила сочетания воз¬
действий и значения коэффициента сочетания \j/ даются в EN 1990.
п. 2.4.7.з.з Расчетная несущая способность
Несущая способность грунта является функцией прочности грунта
Хк, иногда функцией воздействий Frep (когда на значение несущей
способности влияет воздействие, например, на фундаменты на есте¬
ственном основании прилагается наклонная нагрузка) и функцией
геотехнических данных. Для получения расчетного значения несу¬
щей способности Rd необходимо применить частные коэффициен¬
ты или к свойствам грунта (X), или к сопротивлению грунта (R),
или к обоим значениям, как указано далее:
Rd = E{y¥FTep, Хк, ум, ad}; (2.7а)
Ed = Е{у¥FTep, Хк, <Zd}/yR; (2.7b)
Ed = E{y¥FTe?, Хк/уи, ad}/yR, (2.7c)
где yR — частный коэффициент несущей способности грунта.
В выражении (2.7а) расчетное значение несущей способности по¬
лучено с применением частного коэффициента ум > 1,0 к значениям
параметров прочности грунта ск, а также к tg фк' или си к. Если воз¬
действие участвует в сопротивлении грунта, то расчетные значения
воздействий (yF х Егер) вводятся в расчет Rd (см. раздел «Подход к
проектированию 1 и 3», а также рис. 2.6 и 2.8).
В выражении (2.7Ь) расчетное значение сопротивления установ¬
лено с применением частного коэффициента yR> 1,0 к значению
сопротивления, установленному с помощью расчетных значений,
равных значениям параметров прочности грунта. Если воздей¬
ствие участвует в сопротивлении, расчетные значения воздействия
(урЕгер) вводятся в расчет Rd (см. «Подход к проектированию 2» и
рис. 2.7). Если к результатам воздействий применяются коэффици¬
енты (см. Приложение В.3(6) к EN 1997-1), уР = 1,0 и выражение
(2.7Ь) обращается в
Rd = E{FTeр, Хк, ad}/yR. (выражение (В.6.2.2) в Приложении В.З)
Выражение (2.7с) аналогично выражению (2.7а), но в этом слу¬
чае для установления расчетного значения сопротивления можно
применить дополнительный коэффициент сопротивления yR> 1,0.
Этот коэффициент в дальнейшем будет играть роль только коэф¬
фициента модели.
62
Глава 2. Основы геотехнического проектирования
Значения частных коэффициентов, применяемых в указанных
выше выражениях, выбираются из Приложения А; альтернативные
значения могут быть внесены в Национальное приложение.
Подходы к проектированию
Выражения (2.6) и (2.7) отличаются способом распределения част- п. 2.4.7.3.4.1(1)Р
ных коэффициентов между воздействиями, свойствами грунта и
его сопротивлением. Различные сочетания выражений (2.6) и (2.7),
а следовательно, различные пути ввода частных коэффициентов в
члены Е и R основного неравенства (2.5), привело к трём подходам
к проектированию, одобренным в EN 1997-1. Выбор подхода к про¬
ектированию определяется на национальном уровне и закрепляет¬
ся в Национальном приложении. Различные проблемы проектиро¬
вания рассматриваются различными подходами к проектированию.
Значения частных коэффициентов, применимых с выбранным под¬
ходом к проектированию, определяются на национальном уровне,
что указывается в Национальном приложении.
Способы сочетания наборов частных коэффициентов для уста¬
новления расчетных значений результатов воздействий и значения
сопротивления (см. неравенство 2.5) обозначаются в общем виде
Л1 ‘+’М1 Ч’Д1.
Смысл приведенного выше выражения раскрывается следую¬
щим образом:
1) частные коэффициенты воздействий (yF) или результаты воздей¬
ствий (уЕ) представлены символом А; они взяты из набора Л1 в
табл. АЗ Приложения А к EN 1997-1; символ ‘+’ означает, что они
применяются в сочетании с
2) частными коэффициентами (ум) параметров прочности грунта
(символ М), взятыми из набора Ml табл. А.4, и
3) частными коэффициентами сопротивления (yR) (символ R), взя¬
тыми из набора R1 табл. А.5—А.6.
Процедура сочетания частных коэффициентов, представленная в
общем виде выше, включает в себя геотехническое воздействие или
его результат плюс геотехническое воздействие; процедура пред¬
усматривает использование двух наборов частных коэффициентов
Ап ‘+’ Мп. Аналогично геотехническая несущая способность всегда
предусматривает наличие двух наборов частных коэффициентов
Мп ‘+’ Rn. В ряде случаев значение коэффициентов в таких наборах
будет равно единице; это относится, например, к наборам Ml, i?l и R3.
Использование коэффициентов набора Ml предусматривает, что
расчетные значения параметров грунта равны значениям характе¬
ристик. Следовательно, расчетные геотехнические воздействия,
расчетные значения результатов воздействий и расчетное значение
несущей способности, вычисленные с помощью набора частных ко-
63
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
эффициентов Ml, могут иногда, для упрощения, быть заявленными
как значения, взятые из «значений характеристик»; при этом расчет
выполнен исходя из «расчетных параметров грунта с применением
частных коэффициентов, равных единице». Образцы таких упро¬
щений изложены в настоящем Руководстве, в частности, в приме¬
рах расчетов.
Подход к проектированию 1
п. 2.47.3.4.2(1 )Р Расчет должен отдельно проверяться на предельное состояние
грунта и потерю несущей способности конструкцией с использова¬
нием двух сочетаний наборов частных коэффициентов.
Частные коэффициенты применяются к источнику, т.е. к пред¬
ставительным значениям воздействий и к значениям параметров
прочности грунта (таким как с' и tg ф' или си), используется выра¬
жение (2.7Ь). Однако исключение из этого правила делается при
проектировании устойчивости свай и анкерных креплений, значе¬
ния которых устанавливаются применением частных коэффици¬
ентов сопротивления к измеренным или рассчитанным значениям
сопротивлений, используя выражение (2.7Ь).
Частные коэффициенты обычно применяются непосредственно
к представительным значениям воздействий (выражение (2.6а)),
кроме случаев, когда указанное применение приводит к возник¬
новению физически невозможных ситуаций (например, в случае
обработки значения известной глубины водоносного горизонта).
В таких случаях частные коэффициенты применяются к резуль¬
тату воздействия; таким образом, применяется выражение (2.6Ь)
п. 2.47.3.2(2) (п. 2.4.73.2(2)).
Сочетание 1. Сочетание частных коэффициентов, применяемых
в выражении А\ ‘+’ Ml ‘+’ R1. Для большинства читателей, знако¬
мых с ENV 1997-1, сочетание 1 — это старый «случай В», рассмо¬
тренный в черновой версии стандарта. Цель сочетания заключается
в обеспечении безопасного проектирования относительно небла¬
гоприятных отклонений воздействий или их результатов, исходя
из значений характеристик, в то время как расчетные значения
свойств грунта равны значениям характеристик. Таким образом,
для неблагоприятных воздействий (или их результатов) вычисле¬
ния для сочетания 1 выполняются с помощью набора Л1 табл. А.З
Приложения А (рис. 2.6,а: рекомендуемые значения yG = 1,35 и
Yq = 1,5); для благоприятных воздействий рекомендуемые значения
yG = 1,0 и yq = 0,0). Расчеты несущей способности грунта выпол¬
няются использованием набора Ml табл. А.4 и #1 табл. А.5—А.8 и
А.12-А.14 (рис. 2.6,а: уф' = ус' = уси = 1,0 и yR v = 1,0).
Сочетание 2. Сочетание частных коэффициентов, применяемых
в выражении А2 ‘+’ М2 ‘+’ RI. В ENV 1997-1 это сочетание называ¬
лось «случай С». Цель этого сочетания заключается в обеспечении
64
Глава 2. Основы геотехнического проектирования
безопасного проектирования относительно неблагоприятных от¬
клонений прочностных свойств грунта от их значений, а также в
отношении погрешностей расчетной модели, при наличии предпо¬
ложения, что постоянные воздействия очень близки к их предпола¬
гаемым представительным значениям, а временные воздействия от
конструкции могут незначительно отклоняться неблагоприятным
образом. Таким образом, вычисления для сочетания 2 воздействия
(или их результат) выполняются с помощью набора Л2 табл. АЗ
Приложения А (рис. 2.6,6: рекомендуемые значения yG = 1,0 и для
благоприятных, и для неблагоприятных воздействий, и yQ = 1,3 (не¬
благоприятные), Yq = 0,0 (благоприятные).
= y0Ok = 1.5Ok
оа = у0ок = ^,ъок
Gd = ycGk = 1,35Gk
Gd = ycGk»1,0Gk
А'**-
Уф- = Ус = 1.0
<P'd = Ф'к. C'd = C'k
= E0(9'd, Qd)
= УсЕс<Ф* c'd)
-1.35Е0(ф'к,с'к)
1Л = AVad + AVn„
TJ
<Ъ = Уо Чсв1.3Ч«
tg 9d = tg ф'кЛФ-
= tg ф'к/1,25
c'd = = cV/1,25
c.d
= Е0(Ф'- <*„)
-усЕс^.С'а) = '\.0Ес(ц>'а.С'а)
Vd = AVCd + AVn
*v.d = *v(l/d. « d. Ф'(1с;)^
= Rv(Va.Ha, 4>’k.efk)/\0
= /?v(1/d, Hd. ф^сУЛвф
Рис. 2.6. Подход к проектированию 1: ввод частных коэффициентов
(рекомендуемые значения) при проверке несущей способности грунта с
использованием: а — сочетания 1 и б — сочетания 2. С целью упрощения
расчетов рассматривается только вертикальное равновесие и показаны
только неблагоприятные воздействия
Расчет показателей несущей способности грунта выполняется с
помощью набора М2, указанного в табл. А.4и набора Rt, указанно¬
го в табл. А.5-А.8 и А.12-А.14 (рис. 2.6,6: рекомендуемые значения
Уф-= У с-= 1.25, You = 1,4; yRv = 1,0).
При проектировании свай и анкерных креплений расчетные зна- п. 2.4.7.3.4.2(2)Р
чения их несущей способности определяются с помощью набора
Ml, указанного в табл. А.4 (уф = ус= Ycu = 1,0), и частного коэффици¬
ента (yr >1,0), взятого из набора R4 табл. А.6—А.8 или А. 12. Расчет¬
ные значения неблагоприятных воздействий на сваи или анкерные
крепления вычисляются с помощью частных коэффициентов из на¬
боров А2 и М2 (см. также главы 7 и 8).
65
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
п. 2.4.7.3.4.3
Если очевидно, что одно из сочетаний комплектов частных ко¬
эффициентов обуславливает расчет, то нет необходимости выпол¬
нять расчет по другому сочетанию. Обычно геотехнический расчет
определяется сочетанием 2, а расчет прочности определяется соче¬
танием 1. Таким образом, очевидно, что на первом шаге определя¬
ется величина геотехнической составляющей, используя сочетание
2, а затем на втором шаге следует проверить с помощью сочетания
1 приемлемость этой величины. Также очевидно, что структурная
прочность результирующего элемента определяется с помощью со¬
четания 2, а в нужное время проверяется сочетанием 1.
Подробная информация о подходе 1 приведена в работе Simpson
(2000).
Подход к проектированию 2
Подход к проектированию 2 предусматривает применение един¬
ственного сочетания наборов частных коэффициентов к расчетам
каждого соответствующего предельного состояния грунта и кон¬
струкции. Применяется сочетание частных коэффициентов Л\ ‘+’
Ml ‘+’ R2. Аналогичные значения частных коэффициентов при¬
меняются к геотехническим воздействиям, к воздействиям на кон¬
струкцию и воздействиям самой конструкции. Частные коэффици¬
енты применяются к несущей способности грунта, а также или к
воздействиям, обозначенным DA-2, или к их результатам, обозна¬
ченным DA-2* (рис. 2.7).
Рис. 2.7. Ввод частных коэффициентов (рекомендуемые значения)
при проверке несущей способности грунта с использованием подхода
к проектированию 2: а — исходное воздействие, к которому применен
коэффициент. Подход к проектированию DA-2;
б — результаты воздействий, к которым применен коэффициент.
Подход к проектированию DA-2*. С целью упрощения расчетов
рассматривается только вертикальная устойчивость и показаны только
неблагоприятные воздействия
66
Глава 2. Основы геотехнического проектирования
Практическое применение и результаты применения двух спо¬
собов использования частных коэффициентов отличаются друг от
друга.
Для процедур, в которых коэффициенты применяются к воз¬
действиям в источнике (DA-2), используются коэффициенты на¬
бора А1 табл. А.З, набора Ml табл. А.4и набора R2 табл. А.5—А.8 и
А.12—А.14 (рис. 2.7,а: рекомендуемые значения yG = 1,35 и yQ = 1,5;
набор Ml, уф = ус= уси = 1,0; набор R2, yRv = 1,4, применяемые к не¬
сущей способности).
Для процедур, в которых частные коэффициенты применяют¬
ся к результатам воздействий (DA-2*), используются одни и те же
коэффициенты, но при вычислении Е и R используются расчетные
значения воздействий и расчетные значения параметров прочности
грунта, равные их значениям. Частные коэффициенты (комплект А1
и R2) применяются в конце к результирующим воздействиям по¬
стоянных и переменных воздействий (рис. 2.7,6: Vd = 1,35 х EVG>k +
+ 1,5 х к) и к несущей способности, высчитанной с помощью
значений свойств грунта (рис. 2.7,6: Ryd = Ry(фк'ск)/1,4). В этой про¬
цедуре выражения {В.3.1) и {В.6.2.2) Приложения В к EN 1997-1
применяются для того, чтобы можно было установить непосред¬
ственную связь с обычным общим коэффициентом надежности
г| = Rk/Ek таким образом, чтобы:
Ed<Rd
записывалось бы, как
yEE{FTep, Хк, ad } < R{FTep, Хк, ad }/yR,
с тем чтобы
Л = YeYr-
Следует отметить, что уЕ является сложным параметром, зна¬
чение которого зависит от соотношения постоянных и временных
воздействий. Произведение yEyR зависит от указанного отношения,
в то время как общий коэффициент надежности ц, обычно не зави¬
сит от указанного отношения.
Подробная информация о подходе к проектированию 2 изложена
в работе Schuppener и др. (1998).
Подход к проектированию 3
Подход к проектированию 3 предусматривает применение един¬
ственного сочетания набора частных коэффициентов к расчетам
каждого соответствующего предельного состояния грунта и кон¬
струкции. Применяется сочетание частных коэффициентов (А 1 или
А2) ‘+’ М2 ‘+’ R3. Значения параметров воздействий, исходящих от
конструкций, умножаются на коэффициенты набора А\ табл. АЗ
(рис. 2.8: рекомендуемые значения yG = 1,35 и yQ = 1,5), чтобы полу-.
п. 2.4.7.ЗАЛ
67
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
чить их расчетные значения. Расчетные значения воздействий от
грунта или передаваемых через него (геотехнические воздействия)
оцениваются с помощью частных коэффициентов, применяемых
к прочности грунта, из набора М2 и частных коэффициентов воз¬
действия комплекта Л2 (рис. 2.8: рекомендуемые значения yG =
= 1,0 и yq = 1,3). Расчетные значения параметров прочности грунта
устанавливаются путем применения коэффициентов из набора М2
табл. А4 (рис. 2.8: рекомендуемые значения уф* = ус> = 1,25; ycu = 1,4).
Расчетные значения несущей способности грунта устанавливаются
путем применения частных коэффициентов из набора М2 табл. А4 к
параметрам прочности грунта и частных коэффициентов сопротив¬
ления из набора R3 табл. А.5—А.8 и А.12—А.14 Приложения А (рис.
2.8: рекомендуемые значения уф, = ус, = 1,25; уси = 1,4 и yRv = 1,0).
Рис. 2.8. Ввод частных коэффициентов (рекомендуемые значения)
при проверке несущей способности грунта. Используется подход к
проектированию 2. С целью упрощения расчетов рассматривается
только вертикальное равновесие и показаны только неблагоприятные
воздействия
Расчетные значения прочности материалов конструкций, ука¬
занные во всех подходах к проектированию, взяты из соответству¬
ющих материалов кодов.
Процедура проверки и частные коэффициенты противодействия
возможному выпору грунта
п.2.4.7.4(1)Р Математическое неравенство для проверки устойчивости к раз¬
рушению под воздействием выпора грунта требует, чтобы рас¬
четное значение дестабилизирующих постоянных вертикальных
воздействий d было меньше или равно сумме расчетных зна¬
чений стабилизирующих постоянных вертикальных воздействий
Gstb d и любого дополнительного сопротивления выпору грунта Rd
68
Глава 2. Основы геотехнического проектирования
(см. неравенство (2.8)). Рекомендуемые значения частных коэффи¬
циентов, применимых для предотвращения вертикального выпора
в стабилизированных и нестабилизрованных состояниях, приведе¬
ны в табл. А.15иА.16 Приложения А.
Показания табл. А.15 применимы к стабилизирующим и деста¬
билизирующим воздействиям. К стабилизирующим постоянным
воздействиям относятся, например, вес конструкции и/или грунта.
Давление воды, находящейся под конструкцией, и иные направлен¬
ные вверх силы, а также выталкивающие силы относятся к дестаби¬
лизирующим воздействиям.
Показания табл. А.16 применимы к любому дополнительному
сопротивлению выпиранию Rd, обеспечиваемому прочностью на
сдвиг (в тех случаях, когда прочность на сдвиг рассчитывается с по¬
мощью параметров прочности на сдвиг), прочностью на сдвиг свай
и прочностью анкерных креплений.
И наоборот, такое сопротивление может рассматриваться в ка¬
честве стабилизирующего постоянного вертикального воздействия
Gstb, d> поэтому показания табл. А.15 относятся и к такому сопро¬
тивлению (в этом случае, как правило, вводятся модельные коэф¬
фициенты).
Информация о мерах противодействия выпору грунта изложена
в главе 10 настоящего Руководства (гидравлическое разрушение) и
в примере 7.5, рассматривающем проверку степени выталкивающей
силы, действующей на свайные фундаменты, испытывающие подъ¬
емное действие воды.
Проверка степени сопротивления разрушению, вызываемому
выпором грунта в результате фильтрации воды
Проверка степени сопротивления разрушению, вызываемому вы¬
пором грунта в результате фильтрации воды (HYD), выполняется с
применением или значений напряжений, или сил, принятых в каче¬
стве переменных величин. При рассмотрении столба грунта, через
который вода фильтруется вертикально вверх (математические не¬
равенства (2.9а) и (2.9Ь))У требуется, чтобы расчётное значение де¬
стабилизирующего общего порового давления у основания столба
или фильтрационная сила воды в колонке не превышала значения
стабилизирующего общего вертикального напряжения у основания
столба или веса столба во взвешенном состоянии соответственно.
Рекомендуемые значения частных коэффициентов, применяе¬
мых при проверке сопротивления разрушению, вызываемому вы¬
пором грунта в стабилизированном и нестабилизированном состо¬
яниях, изложены в табл. А.17 Приложения А.
Подробная информация о проверке сопротивления разрушению,
вызываемому выпором грунта, и о мерах противодействия выпору
грунта в результате фильтрации воды приводится в главе 10 Руко¬
водства и в примере 9.2.
п. 2.4.7.4(2)
п. 2.47.5(1 )Р
69
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
п. 2.4.8(1)Р
п. 2.4.8(4)
п. 2.4.8(2)
п. 2.4.9(1)Р
п. 2.4.9(3)Р
п. 2.4.8(4)
п. 6.4(5)
п. 7.6.4.2(1)
пп. 9.8.2(2)Р-
9.8.2(4)Р
2.4.6. Расчет предельного состояния по пригодности
к эксплуатации
При расчете предельного состояния требуется исходить из того, что
наступление эксплуатационных предельных состояний практиче¬
ски невозможно. Тем не менее проверка предельных эксплуатаци¬
онных состояний может выполняться двумя способами:
• вычислением расчетных значений результатов воздействия Ed
(деформации, неравномерные осадки, вибрация и т.п.) и сравне¬
нием этих значений со значениями предельных состояний Cd, ис¬
пользуя математическое неравенство (2.10);
• применением упрощенного способа, исходя из сопоставимого
опыта.
Расчетные значения воздействий и свойств материалов, необхо¬
димые для проверки предельных состояний по эксплуатационной
пригодности, как правило, равны их значениям. При необходимо¬
сти расчета неравномерности осадки фундамента следует рассмо¬
треть сочетание верхних и нижних значений модулей деформации
для учета локальных изменений свойств грунта.
В идеальном случае предельные значения деформаций должны
определяться в качестве расчетных требований для каждой опира¬
ющейся конструкции. Важно, чтобы предельные значения устанав¬
ливались максимально реалистично и в сотрудничестве с проек¬
тировщиком сооружения. Завышенные предельные значения при¬
водят к разработке неэкономичной конструкции. В Приложении Н
даются некоторые показатели предельных значений, относящихся
к неравномерной осадке; они могут применяться в качестве реко¬
мендуемых величин в отсутствии установленных предельных зна¬
чений структурной деформации.
В качестве альтернативы проверке эксплуатационных предель¬
ных состояний путем вычислений можно применять упрощенный
метод расчета, в котором незначительная часть прочности грунта
удерживает деформации в требуемых границах эксплуатационного
предельного состояния (см. п. 2.4.1 (4)). Упрощённый метод расче¬
та предусматривает наличие сопоставимого опыта работы с анало¬
гичным грунтом и конструкцией. Требования четко ограничивают
обстоятельства, в которых может применяться упрощенный метод
расчета для рассмотрения традиционных конструкций и фундамен¬
тов в хорошо известных условиях грунта.
В EN 1997-1 упрощенный метод расчета применяется для кос¬
венного расчета фундаментов на естественном основании, а также
для свайных фундаментов и подпорных конструкций. В EN 1997-1
не дается определение «незначительной части прочности грунта».
Имеется достаточный опыт применения к расчетному сопротив¬
лению общих коэффициентов надежности, которые достаточно
70
Глава 2. Основы геотехнического проектирования
высоки для косвенного рассмотрения недопустимости эксплуата¬
ционного предельного состояния. Вероятно, что аналогичный опыт
применения частных коэффициентов будет развиваться в будущем.
В EN 1990 (п. 6.5.3) даются три сочетания воздействий, исполь¬
зуемых для проверки предельных эксплуатационных состояний.
Кроме того, даются рекомендации по их применению (табл. 2.1).
Таблица 2.1
Сочетание воздействий при проверке предельных
эксплуатационных состояний
Сочетание воздействий
Применение согласно EN 1990
Основное сочетание
Повторяющееся сочетание
Длительно действующее
сочетание
Необратимые предельные состояния
Обратимые предельные состояния
Длительное воздействие и внешний вид
Указанные сочетания отличаются значениями коэффициентов
yj/ (см. EN 1990, Приложение А (регламентирующее), табл. А1.1:
«Рекомендуемые значения коэффициентов ц/ для строительства
зданий»).
В EN 1990 даются ссылки на соответствующие части EN 1991 —
EN 1997 для получения подробной информации о применении пра¬
вил (см. примечания к п. 6.53(4)). К сожалению, в EN 1997-1 эта
информация не приводится. Имеется намерение, высказанное в EN
1990 и EN 1997-1, применять сочетания для расчета предельных
эксплуатационных состояний:
• когда проверка предельных эксплуатационных состояний вы¬
полняется с применением математического неравенства (2.10)
п. 2.4.8(1). Применимы повторяющиеся или длительно действу¬
ющие сочетания;
• когда проверка предельных эксплуатационных состояний вы¬
полняется с применением альтернативного метода, определен¬
ного в п. 2.4.8(4). Применимо основное сочетание, поскольку
сопоставимый опыт, необходимый для применения п. 2.4.8(4),
развивался с сочетаниями воздействий, близкими к основным.
2.5. Проектирование, основанное
на предписывающих требованиях
Предписывающие требования должны применяться в контексте,
определенном в EN 1997-1; пример дается в Приложении G. Предпо¬
лагается, что частные коэффициенты, указанные в Приложении А,
не применяются при использовании предписывающих требований.
Следует отметить, что графики и таблицы, разработанные на ос¬
нове сопоставимого опыта, косвенно содержат собственные коэф¬
п. 2.5
п. 15.2.2
71
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
п. 2.7
пп. 2.7(2)?-
2.7(4)?
фициенты надежности. Определение «сопоставимого опыта» дано
в EN 1997-1. Зачастую принцип «допустимой нагрузки на грунт»
используется в графиках и таблицах. В данной работе термин «со¬
поставимый опыт» относится к предельным эксплуатационным
состояниям; считается, что предельные состояния по прочности
косвенно учитываются предельными эксплуатационными состоя¬
ниями.
В случае если расчетные модели отсутствуют или же они не со¬
ответствуют требованиям, могут применяться предписывающие
требования. Примеры предписывающих требований зачастую от¬
носятся к вопросам долговечности (например, избыточная толщи¬
на стенок для предотвращения воздействий, вызванных потерей от
коррозии) или к правилам рекомендуемых норм (например, глуби¬
на залегания фундамента ниже глубины промерзания).
2.6. Метод наблюдения
В EN 1997-1 вводится в употребление термин «метод наблюдения»,
согласно которому проект планово пересматривается в ходе стро¬
ительства в соответствии с данными мониторинга конструкций.
Суть метода заключается в составлении точного плана мониторин¬
га строительства и выполнения мер, разработанных в результате
наблюдения. Определены минимальные требования, обязательные
для соблюдения во время строительства. Преимущество указан¬
ного метода заключается в том, что он облегчает проектирование
в тех случаях, когда точный геотехнический прогноз динамики ос¬
нования невозможен, например, при сложных грунтовых условиях
или при недостаточности информации о грунте. Метод наблюдения
предусматривает наличие «оптимистических» и «пессимистиче¬
ских» предположений, проверяемых мониторингом фактической
динамики основания.
В EN 1997-1 остается открытым вопрос относительно способа
введения запаса прочности во вспомогательные расчеты. Это может
быть сделано через уменьшенные значения частных коэффициен¬
тов или выбор характеристических значений свойств грунта с мень¬
шим запасом. Способ введения запаса прочности в проектирование
при использовании метода наблюдения оценивается для каждого
отдельного проекта в зависимости от причин применения коэффи¬
циентов надежности (наличие неопределенности или результаты
контроля перемещений) и последствий «разрушения».
Метод наблюдения не должен применяться в случаях, когда не¬
предвиденное разрушение происходит без предупреждения, как на¬
пример, когда основание и взаимодействие между грунтом и кон¬
струкцией недостаточно пластично (хрупкое поведение).
72
Глава 2. Основы геотехнического проектирования
2.7. Отчет о геотехническом проектировании
Расчетные предположения, исходные данные, методики расчетов и
результаты проверки надежности и эксплуатационной пригодности
должны фиксироваться в Отчете о геотехническом проектировании.
Это касается всех видов геотехнического проектирования, включая
проектирование небольших и относительно простых конструкций,
возводимых в несложных грунтовых условиях. Уровень отражения
информации может быть различным. Отчет о простом проектирова¬
нии может состоять из одного листа (рис. 2.9). Образец таблицы кон¬
трольных проверок, обычно включаемой в Отчет о геотехническом
проектировании, дается в EN 1997-1.
Наименование работы
Застройка жилого квартала
Конструкция
Ленточный фундамент
№ задания Стр. № из
Кем выполнено: Дата
Кем проверено: Дата
Кем утверждено: Дата
Представленные отчеты:
Отчет об изысканиях (указать дату)
Фактический
Отчет BloggslnvestigationLTD
ABC 123 от 21 февраля 1995 г.
Расшифровка:
Тоже
Расчетна
!
я схема
Применяемые правила и стандарты
(уровень приемлемого риска)
Еврокод 7
Местные строительные нормы
t'
и
Принятая стратиграфия, используе¬
мая в проектировании со свойствами:
верхний слой почвы, очень выве¬
тренный моренный до 1 м толщины,
лежащий сверху, от тугопластичного
до твердого ледникового (си 60 кПа по
карманному пенетрометру)
Описание окружающих территорий:
Бывшие сельскохозяйственные
земли.
Незначительный уклон (4°)
Расчеты (или указатель расчетов)
Постоянная нагрузка 60 кН/м.
Местный опыт плюс местные по¬
ложения по строительству (ссылка
) показывают, что значение
несущей способности 100 кПа —
приемлемо. Поэтому принимается
фундамент шириной 0,6 м с мини¬
мальной глубиной заложения 0,5 м
(строительные нормы), однако
глубина изменяется для достижения
си 60 кПа — проверка на месте про¬
ведения работ
Информация, проверяемая во время
строительства.
Примечания, касающиеся обслужива¬
ния и мониторинга.
Монолитный бетон на неразрыхлен-
ном моренном основании с си 60 кПа
(по карманному пенетрометру)
Рис. 2.9. Отчет о геотехническом проектировании, выполненный
на 1 листе (согласно Симпсону и Дрисколлу, 1998)
п. 2.8(1 )Р
п. 2.8(2)
п. 2.8(3)
п. 2.8(4)Р
73
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
п. 2.8(5)
Наиболее важными частями Отчета о геотехническом проектирова¬
нии являются:
• отчет об изысканиях (см. главу 3 настоящего Руководства);
• график контроля и мониторинга (см. главу 4 настоящего Руко¬
водства).
В таблице контрольных проверок перечислены проверки, выпол¬
няемые согласно плану контроля и мониторинга.
Пример 2.1: выбор значения характеристики с помощью
статистических методов
Описание проблемы
На данном примере показывается, каким образом значение
параметров сопротивления дренированному сдвигу грунта ф' и
ск' может быть получено с помощью испытания на трехосное
сжатие.
Рассматривается предельное состояние встроенной подпор¬
ной стены, которое вовлекает в работу большой объем грунта.
Значение параметров сопротивления сдвигу является умеренной
оценкой их среднего значения. В примере предполагается, что
изменение значений сопротивления сдвигу происходит беспоря¬
дочно, без образования значительных местных зон ослабления и
без изменения с глубиной.
Расчеты выполняются с применением статистических фор¬
мул, приведенных в приложении к настоящей главе; рассматри¬
ваются различные случаи при помощи соответствующих стати¬
стических методов со сравнением результатов расчетов:
1) кроме информации, полученной из испытания на трехосное
сжатие четырех образцов, отобранных из скважин, располо¬
женных на площадке строительства (местный отбор образцов),
другая информация отсутствует. В дополнение к результатам
испытаний предполагается, что имеются достоверные сведения
о вариации с' и tg ф', полученные при помощи их коэффициен¬
тов вариации;
2) вместо раздельного определения с' и tg ф' был выполнен анализ
прочности на сдвиг с применением t в качестве линейной функ¬
ции s': было определено среднее значение с уровнем достовер¬
ности 0,95 для линейной зависимости между t и s', исходя из
которого можно установить значения ск' и tg ф V
Примечание:
s' = (cr'v + a'h)/2 t=(<j\, — <j'h)/2 зтф'к = At/As'c' = £(0) cos ф'.
74
Глава 2. Основы геотехнического проектирования
Расчет с использованием результатов ф' и с', полученных
на основании испытаний только местных образцов (случай
«значение Vx неизвестно»)
Поскольку в данном расчете используется только информация,
полученная по результатам испытания на трехосное сжатие, то к
однородному грунту с постоянными свойствами при рассматри¬
ваемом случае «значение Vx неизвестно» применяется метод рас¬
чета, изложенный в приложении к настоящей главе. В табл. 2.2
даны среднее значение и стандартное отклонение значений с' и
tg ф', определенные по результатам четырех испытаний на трех¬
осное сжатие.
Из табл. 2.2 значение tg ф' рассчитано с помощью уравнения
(D2.1). Для значения, имеющего 95 %-ную достоверность, в табл.
2.5, приведенной в приложении (исходя из четырех испытаний
п = 4, случай «значение Vx неизвестно»), дается &П)теап = 1Д8:
^8 Ф k ~ Ф )mean(l ^n.mean ^tg л)
= 0,603 X (1 - 1,18 X 0,118) = 0,519
Ф'* = 27,5°.
Таблица 2.2
Средние значения с' и tg ф', их стандартное отклонение
и коэффициент вариации, полученные по результатам
четырех испытаний на трехосное сжатие
с', кПа
*' Г)
tg Ф'(-)
Скважина/испытание
BH 1/1
3
31
0,601
BH 1/2
4
30
0,577
BH 2/1
1
35
0,700
BH 2/2
7
28
0,532
Статистические результаты
Среднее значение
Стандартное отклонение
Коэффициент вариации
Cmean — 3,75
ас = 2,50
1/с = 0,667
0дф,)теап = 0,603
аф = 0,071
1/, =0,118
Расчет характеристического значения с\ определяется следу¬
ющим образом:
О к — ^шеап ^п.шеап^с)
= 3,75 х (1 - 1,18x0,667)
= 0,8 кПа.
На рис. 2.10 огибающая кривая Мора представлена вместе с
результатами испытаний на трехосное сжатие (значения t и s’ при
разрушении).
75
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
S' = (g'v + G '„)/ 2
Рис. 2.10. Результаты испытания на трехосное сжатие
и их статистическая оценка относительно огибающей кривой Мора
для параметров сдвига
Расчет с применением результатов ф’ и с’ и предположением,
что «значение Vx известно»
Следует отметить, что случай «значение Vx известно» применя¬
ется достаточно недавно и еще не получил распространения сре¬
ди инженеров-геотехников. Этот метод излагается в настоящем
документе так, как он может быть полезен инженерам, но его сле¬
дует применять с осторожностью.
Шнейдер (1999 г.), используя результаты исследований Ре-
тати (1998 г.) и Ламба (1974 г.), представил типичные значения
коэффициента вариации Vx свойств грунта, которые в основном
остаются в силе, поскольку были подтверждены многими миро¬
выми исследователями. Стандартные значения Vx тангенса угла
сопротивления сдвигу для диапазона сцепления от 0,05 до 0,15 и
от 0,3 до 0,5 соответственно. Шнейдер (1999 г.) рекомендует ис¬
пользовать средние значения Vx = 0,1 для угла внутреннего тре¬
ния и Vx = 0,4 для сцепления. Эти значения применяются для
выборки средних значений с достоверностью 95 % для tg ф' и с',
исходя из результатов четырех испытаний, при применении слу¬
чая «значение Vx известно».
При наличии результатов четырех испытаний (п = 4) табл. 2.6,
находящаяся в приложении, дает
kn mean = 0,82 для случая «значение Vx известно». Применив
уравнение (D2.1), получаем значение tg ф'к
tg Ф'к = (tg Ф') mean (1 ~ ^n, mean ^ tg ф)
= 0,603 X (1 - 0,82 X 0,10) = 0,554
Ф'к= 29°.
76
Глава 2. Основы геотехнического проектирования
Аналогично значение с\ можно рассчитать, применив уравне¬
ние (D2.1):
с\= Cmean (1 “ ^п,теап^с) = 3,75 X (1 - 0,82 X 0,4) = 2,5 кПа.
Коэффициент линейной регрессии:
Отрезок: с' = 5,2 кПа.
Наклон: sin ф' = 0,51; ф' = 30,5°.
На рис. 2.10 показана соответствующая огибающая кривая
Мора вместе с результатами испытаний на трехосное сжатие
(значения £ и s' при разрушении).
Расчет с применением значений tus' при разрушении
В приведенном выше анализе с' и tg ф' рассматривались отдель¬
но. Однако наблюдается их обратно пропорциональная связь, т.е.
большие значения с' соответствуют меньшим значениям tg фг и
наоборот. Отдельный анализ с' и tg ф' считается консервативным
подходом. Приняв наличие линейной зависимости между эф¬
фективным стандартным напряжением s' и прочностью на сдвиг
t, можно, в качестве варианта, нанести все точки s'-t, полученные
по результатам испытаний на трехосное сжатие (см. рис. 2.10), и
определить значение угла сопротивления сдвигу ф*', используя
метод локальной выборки проб с линейной зависимостью проч¬
ности на сдвиг t с s’.
Таблица 2.3
Статистический анализ значений t как функции s' согласно
уравнениям (D2.2) и (D2.3), приведенным в приложении к
настоящей главе
Результаты испытания
Статистический анализ
s', кПа
t, кПа
t* {s') из линейной
регрессии, кПа
Si,
кПа
f °-95 S
1(п-2)ьЬ
кПа
к - а0*95 Ц + 1
лп, low П—1 Ур
кПа
70,0
40,0
40,8
4,5
8,2
32,6
90,0
52,0
51,0
4,2
7,7
43,3
100,0
55,0
56,1
4,1
7,5
48,6
120,0
64,0
66,3
3,9
7,0
59,3
200,0
105,0
107,0
3,1
5,6
101,4
225,0
130,0
119,8
3,0
5,4
114,4
240,0
121,0
127,4
2,9
5,3
122,1
250,0
134,0
132,5
2,9
5,3
127,2
400,0
231,0
208,9
3,8
6,9
202,0
420,0
201,0
219,1
4,0
7,3
211,8
450,0
229,0
234,3
4,4
8,0
226,3
600,0
312,0
310,7
6,7
12,1
298,6
Уравнение (D2.3) допускает определение значения tk как
функции s'; это применяется в табл. 2.3, где параметр z явля¬
77
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
ется символом s', а параметр Хк — символом tk. Коэффициент
tfn-2) определяется с помощью табл. 2.6 приложения; в табли¬
це при п = 12 результатов испытания и г = п — 2 = 10 дается
tfn-2) = 1,812. В табл. 2.3 определяются параметрические значе¬
ния линейной регрессии посредством измеренных величин s' и
t(нулевой отрезок и наклон линейной регрессии t* для s'), зна¬
чение 5! (применив уравнение (D2.2)) и значение tk как функции
s'. Следует отметить, что отношение между s{n tk незначительно
преувеличено из-за нелинейного члена уравнения s{. Расстояние
между линейной регрессией и значением минимальное в середи¬
не интервала напряжения, но оно слегка увеличивается в начале
и в конце интервала измерения.
Значения ск и tg ф*' могут быть установлены путем линеариза¬
ции отношения s'-£k в пределах интервала напряжения, относя¬
щегося к проблеме. Поскольку sin ф' = At / As' и с' = t(s' = 0) cos ф'П
для интервала напряжения s' между 200 и 500 кПа (см. рис. 2.10):
tg ф*' = 0,5, ф*' = 30°, ск = 1 кПа.
В представленном примере значение близко находится к ли¬
нии линейной регрессии по всем значениям s'-t. Это происходит
потому, что результаты изменяются незначительно.
Пояснение
Сводная информация о статистических оценках значений пара¬
метров прочности на сдвиг ф*' и ск представлена на рис. 2.10 и в
табл. 2.4. Значения, основанные на результатах местных испыта¬
ний ф' и с' без какой-либо дополнительной информации («значе¬
ние V* неизвестно»), в данном примере близки к минимальным
значениям результатов испытания (см. табл. 2.2). Это объясняет¬
ся небольшим количеством образцов и значительным разбросом
результатов испытаний, особенно это касается с'.
Таблица 2.4
Сводная информация о статистических оценках
результатов испытаний на трехосное сжатие
База и метод статистической оценки
Значения параметров сдвига
Ф/с'С)
ск', кПа
ф' и с’ четырех испытаний для случая
27,5
0,8
«значение Vx неизвестно»
ф' и с’ четырех испытаний для случая
29,0
2,5
«значение Vx известно»
Шнейдер (1999)
29,5
2,5
Расчет значений s' и t по результатам
30,0
1,0
двенадцати испытаний
78
Глава 2. Основы геотехнического проектирования
Введение коэффициента вариации Vx («значение Vx извест¬
но») оказало значительное влияние на рассчитанное значение
характеристики. Введение дополнительной информации особен¬
но уместно, когда имеется небольшое количество результатов ис¬
пытания или когда разброс результатов испытаний значителен.
Шнейдер (1999 г.) предложил приведенное ниже упрощенное
уравнение, предполагающее, при всех обстоятельствах, наличие
определенной информации о коэффициенте вариации параме¬
тров грунта:
Х\^ — -X"mean 0,55,
где Xmean и значение стандартного отклонения s выводятся из
значений местных образцов. Применение уравнения Шнейдера к
значениям табл. 2.2 дает результаты, близко совпадающие со зна¬
чениями, установленными для случая «значение Vx известно».
Анализ с' и tg фг, установленных в виде независимых пере¬
менных, в основном представляется излишне консервативным
для расчета значений прочности грунта на сдвиг. Когда с' и tg ф'
не связаны, можно с успехом выполнить анализ, при котором
все результаты рассматриваются совокупно в линейном отно¬
шении s'-t.
Приложение: пример применения статистических
методов для расчета значений характеристик
Общие положения
Статистическое определение свойств материалов излагается в При¬
ложении D (информативное) к EN 1990, «Основы проектирования
конструкций». Значения статистических терминов и содержание
методов излагаются в Приложении С к Руководству для проекти¬
ровщиков к EN1990 и в настоящем документе не повторяются. Кро¬
ме того, в Приложении С дается подробная информация о способе
определения значений в виде квантиля согласно рекомендациям,
изложенным в EN 1990.
Основное различие между значением свойства конструкционно¬
го материала и значением свойства грунта заключается в том, что в
первом значение зачастую определяется как (5 %) квантиль, а в по¬
следнем — значение, как правило, является оценкой среднего значе¬
ния с вероятностью 95 %, обуславливающего наступление предель¬
ного состояния грунта и представляющегося более благоприятным,
чем значение характеристики.
79
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
Настоящее приложение может считаться продолжением При¬
ложения D (информативное) к EN 1990; оно служит для выбора
значений свойств грунта, необходимых для геотехнического про¬
ектирования. Кроме того, это приложение дополняет главу 10 на¬
стоящего Руководства и Приложение С Руководства для проекти¬
ровщиков к EN1990.
Статистические методы оценки значений параметров грунта
должны учитывать:
• тип (местный или региональный) и объем (количество резуль¬
татов) совокупности образцов грунта и соответствующую стати¬
стическую неопределенность;
• разброс результатов испытания образцов грунта, коэффициент
колебания значений по отношению к отобранному образцу грун¬
та и способность конструкции перераспределять нагрузки;
• ярко выраженные зависимости в результатах испытаний образцов;
• предыдущие, статистически обработанные сведения о параметре,
если имеются;
• требуемый уровень достоверности значений.
Рис. 2.11. Блок-схема для формулировки оценки значения свойства
грунта, начиная с плана отбора местных образцов
80
Глава 2. Основы геотехнического проектирования
В блок-схеме (рис. 2.11) сведены вместе основные вопросы, игра¬
ющие роль при выборе значения параметра грунта, начиная с плана
отбора образцов (результаты испытания устанавливаются, исходя
из испытаний, выполненных на рассматриваемом месте проведе¬
ния работ) в однородном грунте, с добавлением дополнительной
информации, если таковая имеется. Этот способ позволяет стати¬
стически оценить значения в соответствии с современной повсед¬
невной практикой. Статистические формулы для рассмотрения
несложных случаев, соответствующих некоторым блокам, распо¬
ложенным внизу блок-схемы, будут рассмотрены в последующих
разделах. В дальнейшем Байесовский анализ не рассматривается.
Статистические формулы могут применяться для расчета одно¬
родных грунтов. В формулах предполагается стандартное распреде¬
ление значения геотехнического параметра. Кроме того, эти форму¬
лы могут применяться к логарифмически нормально распределен¬
ным параметрам, с применением формулы после преобразования
значения параметра X в его логарифм в Y = In X. Для процессов,
обусловленных предельными значениями свойств грунта, анализ
образца, состоящего только из предельных значений, гораздо пред¬
почтительней анализа, основанного на рассмотрении всех значений
результатов испытания.
Однородный грунт с отбором местных образцов
и без значительной тенденции изменения параметров грунта
Может быть принято нормальное распределение значения геотех¬
нического параметра, хотя такое принятие не всегда является пра¬
вильным; предпочтение отдается логарифмически нормальному
распределению, особенно при больших коэффициентах вариации.
Для грунтовых слоев, у которых геотехнический параметр не вы¬
являет значительную и систематическую тенденцию изменения в
горизонтальном направлении или с увеличением глубины, значе¬
ние Хк параметра можно оценить, исходя из набора отдельных зна¬
чений параметра согласно:
Xb-XnwV-kVJ, (D2.1)
где Xmean — среднее арифметическое всех значений параметра инди¬
видуального образца = X-Jn\ Vx— коэффициент вариации параме¬
тра Х\ kn — статистический коэффициент, учитывающий:
• количество результатов (п) испытания образца;
• объем грунта, связанный с расчетом предельного состояния и от¬
носящийся к интервалу изменения (часто называемым «интер¬
валом автокорреляции») свойства материала;
81
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
• тип совокупности образцов: только местный образец или мест¬
ный образец вместе с соответствующей информацией о рассма¬
триваемом слое грунта;
• статистический уровень достоверности, требуемый для оценен¬
ного значения характеристики.
Для рассмотрения коэффициента вариации Vx необходимо
учитывать возможность возникновения двух чрезвычайных си¬
туаций:
1) Vx заранее неизвестно но его следует определить, исходя из ре¬
зультатов испытания только местных образцов. Этот случай на¬
зывается «значение Vx неизвестно». Вводимое в уравнение (D2.1)
значение Vx определяется как
Vx — 5Х /Хтеап,
где sx — стандартное отклонение результатов п испытания об¬
разца:
=■-х-а„)2;
2) коэффициент вариации Vx известен заранее. Этот случай назы¬
вается «значение Vx известно». Известные сведения могут быть
получены по результатам предыдущих испытаний, из базы дан¬
ных или из опубликованных таблиц коэффициентов свойств
грунта в сопоставимых ситуациях; термин «сопоставимая ситуа¬
ция» определяется инженерной оценкой (см. п. 1.5.2.2). В данном
случае значение Vx, приведенное в уравнении (D2.1), является
заранее известным значением и не относится к образцу. Xmean —
среднее значение образца.
Таблица 2.5
Значения коэффициента кП}mean
в качестве 95 %-ного среднего значения
для оценки значения характеристики
п
Vx неизвестно
Vx известно
3
1,69
0,95
4
1,18
0,82
5
0,95
0,74
6
0,82
0,67
8
0,67
0,58
10
0,58
0,52
20
0,39
0,37
30
0,31
0,30
00
0
0
К
k -f0-95 11
■Vi.mean-^n-iA/ п
kn.mean =1,64./—
V Л
82
Глава 2. Основы геотехнического проектирования
В практической работе почти всегда имеются некоторые заранее
известные сведения о коэффициенте вариации; рекомендуется ис¬
пользовать (см. также EN 1990) «значение Vx известно» совместно
с верхней консервативной оценкой Vx вместо применения правил,
приведенных в случае «значение Vx неизвестно». Поскольку коли¬
чество результатов испытаний, как правило, в геотехническом про¬
ектировании незначительное, следует по возможности использо¬
вать заранее известные данные.
Когда объем грунта, используемый для рассмотрения предель¬
ного состояния, достаточно большой по сравнению с интервалом
изменений (интервал автокорреляции) свойств грунта, и когда
вследствие этого можно предположить, что динамика обуславли¬
вается средним значением параметра грунта, значение характери¬
стики должно определяться исходя из среднего значения. В этом
случае значение Xcmean представляет собой расчетное значение,
соответствующее 95 %-ному уровню достоверности, при котором
(неизвестное) среднее значение совокупности, обуславливающее
наступление предельного состояния грунта, является более благо¬
приятным, чем рассчитанное значение Хк, полученное из испыта¬
ния образца или из предшествующей информации.
Таблица 2.6
Значение коэффициентов распределения Стьюдента
(Student)
г
fn-1 И fn-2
р = 95 %
р = 90 %
2
2,920
1,886
3
2,353
1,638
4
2,132
1,533
5
2,015
1,476
6
1,943
1,440
7
1,895
1,415
8
1,860
1,397
9
1,833
1,383
10
1,812
1,372
12
1,782
1,356
15
1,753
1,341
20
1,725
1,325
25
1,708
1,316
30
1,686
1,310
00
1,645
1,282
Базовыми уравнениями для случаев «значение Vx неизвестно»
и «значение Vx известно» являются уравнения (D21) и (D20) со¬
ответственно, приведенные в Приложении С к Руководству для
проектировщиков к EN 1990. Соответствующие значения kn mean, ис¬
пользуемые в уравнении (D2.1), даются в табл. 2.5 для случая «зна¬
чение Vx неизвестно» (вторая колонка) и для случая «значение Vx
83
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
известно» (третья колонка). В последнем ряду табл. 2.5 приведены
полные уравнения для kn.
Коэффициент ^i95 — коэффициент t распределения Стьюдента со
степенями свободы п - 1 и уровнем доверительности 95 %, показан¬
ный в табл. 2.6. Значения tn _ t и tn _ 2 принимаются по табл. 2.6, вста¬
вив г = г2-1иг = 72-2 соответственно. Значения даются д ляр = 95 %
(для 95 %-ного надежного среднего значения 5 %-ного квантиля)
ир = 90% (для 90 %-ного надежного среднего значения 10 %-ного
квантиля).
Когда объем грунта, рассматриваемого на предельное состояние,
недостаточен по сравнению с интервалом изменений свойств грун¬
та, или когда предполагается, что поведение грунта обусловлено
низким местным значением, то значение Xlow выбирается в качестве
5 %-ного квантиля. В этом случае сохраняется только 5 % вероят¬
ности того, что в каком-то месте рассматриваемого слоя грунта на¬
ходится элемент, значение свойства которого ниже этого значения.
Значения kn |ow, используемые в уравнении (D2.1), даются в табл.
2.7 для случая, когда величина коэффициента вариации неизвест¬
на (вторая колонка), и для случая, когда величина коэффициента
вариации известна (третья колонка). (Таблицы взяты из EN 1990,
Приложение D (информативное), табл. D1; кроме этого см. Руко¬
водство для проектировщиков к EN1990, Приложение С, уравнения
(D37), (D38) и табл. 2 и 3.)
Таблица 2.7
Значения коэффициента кПг ,ow для оценки значения
5%-ного квантиля
п
Vx известно
Vx неизвестно
3
3,37
1,89
4
2,63
1,83
5
2,33
1,80
6
2,18
1,77
8
2,00
1,74
10
1,92
1,72
20
1,76
1,68
30
1,73
1,67
00
1,64
1,64
К
к _ +0,95 1,4
п, low п—1 Л —+ 1
V п
^n, low =
В табл. 2.8 подводится итог рассмотрения различных случаев и
определяется, какие значения kn применяются.
Термины «большие» или »небольшие» объемы грунта относят¬
ся к автокорреляционному интервалу параметра — интервалу, в
пределах которого значения параметра не изменяются значительно
(коэффициент колебания). Когда автокорреляционный интервал
84
Глава 2. Основы геотехнического проектирования
незначителен по сравнению с объемом грунта, нижние и верхние
местные значения компенсируются. При большом, по сравнению с
объемом грунта, автокорреляционном интервале вполне вероятно,
что значительная часть грунта находится в ослабленной части; сле¬
довательно, «среднее» значение могло бы оказаться завышенным.
Может быть выбрано значение в ориентировочном пределе между
5 %-ным квантилем и 95 %-ным достоверным средним значением.
Таблица 2.8
Обзор случаев и значений коэффициентов кп
Искомое значение
Статистическая
формула
Коэффициент вариации
Оценивается
только по резуль¬
татам испытаний
образца:
«\/х неизвестно»
Известен из
опубликованных
данных:
«Vx неизвестно»
Умеренная
95 %-ная до¬
к
An, mean
^n, mean
оценка среднего
стоверная
значения
оценка среднего
значения
Умеренная оценка
5 %-ный квантиль
^n, low
^n, low
низкого значения
местного грунта
Когда в грунте проявляются деформационное размягчение или
хрупкое разрушение, статистические данные следует применять с
осторожностью при выборе значения прочности: когда прочность
превышается локально, возникает локальная потеря сопротивле¬
ния. Из-за отсутствия пластичности усреднение слабых и прочных
точек ограничивается или даже вообще не происходит; кроме того,
обнаруживается, что значение характеристики обычно находится
вблизи самых нижних значений результатов испытания.
Замечания по вводу «предшествующей информации» путем
применения формул случая «Vx известно»
В формулах для случая «Vx известно» предполагается отсутствие
предшествующей информации о среднем значении и наличие пол¬
ной информации о коэффициенте вариации. Такие предположения,
как правило, соответствуют геотехническим параметрам, потому
что:
• среднее значение свойств грунта может значительно изменяться
на разных участках;
• многими исследователями по всему миру было обнаружено, что
значение коэффициента вариации свойств грунта находится в
довольно-таки узких диапазонах (например, см. работы Шнай¬
дера, 1999 г.); это означает, что коэффициент вариации может
оцениваться с помощью опубликованных таблиц, баз данных и
85
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
т.п., и может применяться к значениям параметра грунта, опре¬
деленным на месте проведения работ.
Таким образом, предполагается, что, если известны среднее зна¬
чение и стандартные отклонения, коэффициент вариации может
стать известным. Такое предположение предусматривает, что:
• среднее значение (квантиль) по заданной площадке просто об¬
уславливается оценкой среднего значения, полученного на этой
площадке посредством определения среднего значения образца,
но не посредством общего «известного среднего значения», взя¬
того, например, из базы данных;
• оценка среднего отклонения sx образца, отобранного на участке,
не вводится при расчете значения, однако предполагается, что
это значение должно относиться к оценке среднего значения на
участке, полученного через «общий» коэффициент вариации,
значение которого известно из предшествующей информации.
При анализе данных изысканий необходимо определить, су¬
ществует ли убедительное доказательство того, что стандартное
отклонение sx параметра X, относящегося к месту проведения ра¬
бот, в значительной мере отличается от стандартного отклонения
knowAiean )> полученного с помощью предшествующей инфор¬
мации об «общем» коэффициенте вариации VXt known и средего зна¬
чения Xmean.
Замечания по значениям параметров грунта, высокое значение
которых неблагоприятно
В некоторых расчетных ситуациях высокие значения параметров
грунта могут оказаться неблагоприятными. В таких случаях значе¬
ния оцениваются применением уравнения (D2.1), в котором член
уравнения (1 — knVx) заменяется членом уравнения (1 + knVx):
=^mean О + )•
Замечания по логарифмически нормальным распределениям
Обыкновенное стандартное распределение может применяться до¬
вольно часто для округления многих симметричных распределений
колоколообразной формы. Принятие логарифмически нормально¬
го распределения (если параметр X распределен логарифмически
нормально, тогда У = In X становится нормально распределенным)
имеет преимущество, заключающееся в невозможности появления
отрицательного значения, что с физической точки зрения являет¬
ся правильным. Если логарифмически нормальное распределение
принимается, то указанные выше формулы могут использоваться с
У = In X, вводимым вместо X. Более подробная информация изло¬
жена в EN 1990, Приложение D (п. D7.2(3), примечание 2), а также
86
Глава 2. Основы геотехнического проектирования
в Руководстве для проектировщиков к EN1990, глава 4 (приложение
2) и Приложение С. Значения kn взяты из табл. 2.5 или 2.7.
Однородные грунты, местный отбор образцов и линейная
зависимость изменений параметров грунта
Среднее значение характеристики Хк при 95 %-ном доверительном
уровне для линейной зависимости может быть получено из наи¬
лучшей оценки (х) параметра грунта на глубине (z), соблюдая рас¬
пределение Стьюдента t со степенью свободы (п — 2), из среднего
значения, равного истинной средней величине параметра грунта на
этой глубине и из стандартного отклонения, исходя из
п-2
1
— +
п
-г)2
Ъ?~*1
£[(х,-х )-Ь (z , -2 )]2
;=i
(D2.2)
Поэтому среднее значение (X) на глубине (z) представляет собой
Xk =[x+b(z -z)]-^, (D2.3)
= х +b (z -z ); линейная регрессия,
где
_ 1
.+Z
ь=
Z”=t(x- ~х)(2- ~г)
Рассчитанные значения больше не являются линейными функ¬
циями глубины, а представляют собой: гиперболическую функцию,
в связи с членом t^sv Значения tn _ 2 приведены в табл. 2.6.
Интервал между линейной регрессией и значением сохраняется
минимальным в среднем измерении х и увеличивается в начале и
в конце интервала измерений. Таким образом, показано преимуще¬
ство выполнения испытаний в соответствующем интервале рассма¬
триваемой проблемы и слегка в стороне от неё.
Поскольку во многих методиках расчета и компьютерных про¬
граммах используются линейные зависимости, то необходимо
линеаризировать гиперболическое отношение для Хк в интервале
напряжения рассматриваемой задачи. Ошибки, связанные с линеа¬
ризацией, как правило, незначительны.
87
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
Для местных малых значений 5 %-ный квантиль может быть по¬
лучен из разницы между местным значением параметра грунта и
лучшей его оценкой на глубине (z), соблюдая распределение Стью-
дента t со степенью свободы (п - 2), средним значением равным
нулю и стандартным отклонением, исходя из
Поэтому среднее значение характеристики X на глубине z пред¬
ставляет собой
В некоторых случаях можно применить статистические формулы
непосредственно к параметрам регрессивной линии (нулевой отре¬
зок или уклон, или оба). Следовательно, вместо применения урав¬
нений (D2.2), (D2.4) и (D2.3), указанных выше, линейная регрес¬
сия статистически может рассматриваться в целом. Такие методы
допускают наложение некоторых условий на линейную регрессию;
эти условия могут, например, происходить от предшествующей ин¬
формации, такой как условия уклона или условия нулевого отрез¬
ка. Формулы можно найти в работах Ван Аалбума (Van Aalboom)
и Менге (Menge (1999).
В примере 2.1 настоящего Руководства показано применение
уравнений (D2.3) и (D2.2) с результатами испытаний на трехосное
сжатие.
Региональный отбор образцов
Значения характеристик могут быть получены из анализа регио¬
нальной выборки образцов. Рассмотрение этого вопроса не входит
в задачу настоящего Руководства. Материал по общему ознакомле¬
нию излагается в работе Баудуина (2002а).
1
V
/
1 + —+
-Хк = [х +b (z -Z )]-t™.2s2.
глава 3
геотехнические данные
В настоящей главе рассматриваются вопросы сбора геотехнических
данных, их анализа, оценки и предоставления отчетности по ним.
Порядок изложения материала в настоящей главе соответствует
порядку изложения материала в разделе 3 EN1997-1:
3.1. Вводная часть
3.2. Геотехнические изыскания
3.3. Обработка геотехнических параметров
3.4. Отчет об изысканиях
3.1. Вводная часть
Надежность геотехнического проектирования зависит от качества
выполнения изысканий и правильной обработки полученных дан¬
ных. Поэтому в разделе 3 EN 1997-1 излагаются общие требования
к планированию геотехнических изысканий и анализу значений
геотехнических параметров. Кроме того, подчеркивается важность
тщательного сбора данных, их регистрации и обработки.
Особые требования, предъявляемые к полевым и лабораторным
испытаниям и определению установленных геотехнических пара¬
метров, рассмотрены в EN 1997-2. В настоящей главе рассматрива¬
ется концепция производных геотехнических параметров, которая
содержится в главе 2 указанного стандарта.
Поскольку EN 1997-1 является стандартом геотехнического
проектирования, то в нем не раскрываются технические условия
выполнения полевых и лабораторных испытаний. Технические
условия на большинство общих полевых и лабораторных геотех¬
нических испытаний для определения и классификации грунтов,
Пункт 3.1
Пункт 3.2
Пункт 3.3
Пункт 3.4
п. 3.1(1 )Р
п. 3.1(4)
89
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
п. 3.1(3)Р
п. 3.2.1(1 )Р
п. 3.2.2(1)Р
а также для определения и описания скальных грунтов, готовятся
Техническим комитетом 341 Европейского комитета по стандарти¬
зации и Техническим комитетом 182 Международной организации
по стандартизации, что уже было отмечено в разделе 1.2 настоящего
Руководства. Проектирование согласно EN 1997-1 должно основы¬
ваться на геотехнических данных, полученных по результатам ис¬
пытаний, выполняемых в соответствии с общепризнанными меж¬
дународными стандартами и рекомендациями.
3.2. Геотехнические изыскания
В EN 1997-2 определяется следующая иерархическая структура ис¬
следований:
• геотехнические изыскания, представленные исследованиями ос¬
нования и прочей информацией о месте проведения работ;
• инженерно-геологические изыскания, представленные полевы¬
ми испытаниями, лабораторными испытаниями и чисто теорети¬
ческим изучением геотехнической и геологической информации;
• полевые исследования, представленные непосредственным из¬
учением (бурение, разведочные и пробные шурфы) и непрямыми
методами (испытания грунта на месте проведения работ, напри¬
мер испытание с помощью конического пенетрометра).
Согласно п. 3.2.1 (1)Р в результате геотехнических изысканий
должны быть получены достаточные данные о грунте и подземных
водах в районе проведения работ и вокруг него, позволяющие вы¬
полнить описание основных свойств грунта и надежный анализ
значений геотехнических параметров, применяемых в расчете при
проектировании. Поэтому в Еврокоде 7, часть 2, отмечается, что
цель исследований основания заключается в полном описании
грунтовых условий, относящихся к планируемой работе, и в уста¬
новлении соответствующих геотехнических параметров. Характер
и объем выполнения геотехнических изысканий зависят от сложно¬
сти грунтовых условий. При использовании геотехнических катего¬
рий грунтовые условия должны быть определены на самых ранних
стадиях работы, поскольку они определяют выбор геотехнической
категории и могут влиять на него. В EN 1997-1 рассматриваются
три этапа геотехнических изысканий:
• предварительные изыскания;
• расчетные изыскания;
• контрольные изыскания.
Предварительные изыскания
Предварительные изыскания являются исследованиями, выполня¬
емыми во время этапа планирования или этапа реализации проекта;
90
Глава 3. Геотехнические данные
цель предварительных исследований — оценка общего соответствия
места проведения работ предъявляемым требованиям, рассмотре¬
ние альтернативных площадок (если требуется), планирование и
контроль исследований и определение участков выемки (если тре¬
буется). Обычно предварительные исследования включают в себя:
• теоретическое ознакомление с геотехнической и геологической
информацией о грунтовых условиях, включая изучение отчетов
о ранних изысканиях окрестных территорий;
• рекогносцировочные полевые инженерно-геологические обсле¬
дования (пеший осмотр);
• рассмотрение опыта строительства на окрестных территориях.
Расчетные изыскания
Расчетные изыскания являются основными геотехническими ис¬
следованиями, выполняемыми с целью получения геотехнических
данных, требуемых для соответствующего расчета временных и ос¬
новных работ. Кроме того, расчетные исследования выполняются
для обеспечения информацией, необходимой для строительства
и для определения потенциальных проблем, возникающих в ходе
строительства. Обычно расчетные исследования включают испыта¬
ния по месту ведения работ и отбор грунтовых образцов для лабора¬
торных испытаний. Расчетные исследования должны выполняться
для всех элементов, имеющих отношение к конкретной конструк¬
ции. В EN 1997-2 даются некоторые рекомендации по интервалам и
глубине исследований.
Контрольные изыскания
Контрольные изыскания — это инспекции, выполняемые во время
этапа строительства, с целью проверки и сравнения фактических
условий грунта с условиями, принятыми при проектировании. В
пунктах раздела 3 рассматриваются только предварительные и рас¬
четные исследования; в настоящем разделе нет статей, излагающих
содержание контрольных исследований. Общие требования к ин¬
спекциям во время строительства представлены в разделе 4. Они
предусматривают постоянную проверку грунта и необходимость
учета результатов инспекций. При контрольных исследованиях,
возможно, потребуется выполнение дополнительных испытаний,
чтобы убедиться в соответствии грунтовых условий, качества стро¬
ительных материалов и строительных работ требованиям, приня¬
тым при проектировании. В заключение качество проектирования
анализируется, исходя из результатов инспекций и испытаний.
п. 3.2.3(1 )Р
п. 32.3(6)?
п. 422(1)?
п. 42.3(1 )Р
91
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
п. 2.4.3(1)Р
п. З.З.Ц1)Р
п. 3.3.2(1)Р
п. 3.3.2(2)Р
п. 3.3.2(3)Р
3.3. Обработка геотехнических параметров
3.3.1. Общие положения
Согласно п. 2.4.3(1 )Р свойства грунта и скальных пород, рассматри¬
ваемых в проектных расчетах, выражаются в количественной фор¬
ме геотехническими параметрами, получаемыми по результатам
испытаний непосредственно, через корреляционную связь, через
теоретический или эмпирический подход или иными методами. В
п. 3.3 изложены общие требования к определению геотехнических
параметров на основе наиболее широко используемых лабора¬
торных и полевых испытаний. Дальнейшие требования к анализу
геотехнических параметров, полученных из частных испытаний,
приведены в EN 1997-2. В EN 1997 не приводятся специальные
стандарты, определяющие выполнение различных испытаний. Тех¬
нические условия на выполнение наиболее распространенных ис¬
пытаний грунта готовятся под руководством Европейского комите¬
та по стандартизации. Можно выполнять и другие испытания при
условии, что их соответствие требованиям доказано сопоставимым
опытом.
3.3.2. Определение типов грунта и скальной породы
Перед составлением плана испытаний для определения геотех¬
нических параметров, необходимых для конкретного проектиро¬
вания, необходимо установить стратиграфию места проведения
работ. Характер и основные компоненты грунта или скальной по¬
роды, рассматриваемые в расчете, должны определяться до обра¬
ботки результатов других испытаний. Материал должен быть из¬
учен, классифицирован и описан в соответствии с установленной
номенклатурой. Грунты должны классифицироваться и характери¬
зоваться согласно общепризнанной геотехнической классифика¬
ции и системе описания. В Еврокоде 7 не приводится специальная
система геотехнической классификации и характеризации, однако
в последнем международном стандарте ISO 144688 «Определение и
классификация грунтов» этот вопрос рассматривается.
В EN 1997-2 излагаются требования к выполнению типовых клас¬
сификационных испытаний, предусматривающих определение клас¬
са грунта, влажности, плотности, пределов Аттерберга (текучести
и пластичности), гранулометрического состава, прочности грунта
на недренированный сдвиг и чувствительности грунта к внешнему
воздействию. Предлагаются рекомендации по оценке пригодности
типовых классификационных испытаний для анализа образцов раз¬
личных типов грунта с различной степенью нарушения.
92
Глава 3. Геотехнические данные
3.3.3. Процедура обработки геотехнических
параметров
Методика обработки и оценки расчетных значений геотехнических
параметров на основании полевых и лабораторных испытаний
представляет собой трехэтапную процедуру Обычно она предус¬
матривает рассмотрение измеренных значений, полученных в ходе
полевых и лабораторных испытаний, и расчетных значений, при¬
меняемых в вычислениях, при этом используются результаты ис¬
пытаний, значения геотехнических параметров и значения харак¬
теристик.
Первые два этапа включают разные вопросы, требующие рас¬
смотрения, а также различные коэффициенты (коррекции и кали¬
бровки), необходимые во время выполнения этих этапов с целью
получения значений характеристик с помощью измеренных вели¬
чин. Этапы показаны на рис. 2.3 в главе 2 настоящего Руководства
и будут рассмотрены ниже.
На первом этапе рассматриваются измеренные значения и зна¬
чения геотехнических параметров; этап предполагает обработку и
определение свойств грунтов и скальных массивов на конкретных
участках выполнения полевых испытаний или лабораторных ис¬
пытаний образцов, отобранных на конкретном участке проведения
работ. Этот этап не предусматривает учет изменяемости свойств
грунта или проектной задачи. Требования первого этапа изложены
в пп. 2.4.2 и 33 EN 1997-1 и в пунктах EN 1997-2. Основное вни¬
мание в настоящей главе уделено рассмотрению этих требований.
Второй и третий этап на пути от геотехнических параметров к зна¬
чениям характеристик и далее к расчетным значениям рассматри¬
вают проектную задачу; описываются в пп. 2.4.3, 2.45.2 и 2А.6.2
EN 1997-1 и обсуждаются в главе 2.
Измеренные значения и результаты испытаний
В EN 1997-2 термин «измеренное значение» определяется как зна¬
чение, определенное в результате испытания. Зачастую в измерен¬
ное значение необходимо ввести поправки для получения резуль¬
татов испытания, используемых для определения требуемых значе¬
ний геотехнического параметра. Величины поправок выводятся по
результатам испытаний и не имеют никакого отношения к расчет¬
ной ситуации, к которой будут применяться результаты испытания.
Примеры поправок, выведенных по результатам испытаний, даны
в EN 1997-2. Одним из примеров поправки, выведенной по резуль¬
татам испытаний, является поправка к напряжениям, измеренным
при испытании на трехосное сжатие для учета влияния оболочки.
Другим примером может являться поправочный коэффициент,
применяемый к измеряемому усилию N, в ходе стандартного ис¬
п. 2.4.3
п. 3.3
п. 2.4.3
п. 2Л.5.2
п. 24.6.2
93
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
п. 2.4.3(2)Р
п. 2.4.3(1)Р
п. 15.2.5
п. 2.4.5.2(1)Р
пытания песка пенетрометром для учета энергии, необходимой для
забивания стержней и для учета природного давления.
Примеры результатов испытания включают:
• усилие N, зарегистрированное в ходе стандартного испытания
грунта пенетрометром;
• предельное давление, pLT, измеренное в ходе испытания пресси-
ометром Менара;
• сопротивление грунта вдавливанию конуса зонда, qc (испытание
с помощью конического пенетрометра);
• напряжения, например, а/ и а3', 5' и t, или р' и q и деформации,
измеренные входе испытания на трехосное сжатие;
• деформации, измеренные входе испытания на трехосное сжатие
• несущая способность сваи, R, измеренная в ходе испытания не¬
сущей способности сваи нагрузкой;
• пределы Аттерберга (текучести и пластичности), установленные
испытаниями.
Перед расчетом значений геотехнических параметров, исходя из
результатов испытания и для правильной их обработки при рассмо¬
трении фактического предельного состояния, необходимо выбрать
результаты испытания, соответствующие проекту. В зависимости
от предельного состояния они могут быть представлены пиковыми
значениями прочности или прочностью при постоянном объеме.
Непосредственно определенные значения и производные
величины
В разделе 3.3.1, п. 2.4.3(1)Р отмечается, что значения геотехниче¬
ских параметров устанавливаются по результатам испытаний не¬
посредственно, через корреляционную связь, аналитически или
эмпирически, или другим способом. Примером геотехнического
значения, установленного непосредственно по результатам испы¬
тания без применения корреляционной связи, аналитического или
эмпирического подходов, можно считать значение несущей способ¬
ности сваи, выведенное по результатам испытания сваи нагрузкой.
В этом случае значение геотехнического параметра представлено
измеренной несущей способностью сваи. Другим примером гео¬
технического параметра, используемого в проектных расчетах и
устанавливаемого непосредственно по результатам испытания без
применения корреляционной связи, аналитического или эмпири¬
ческого подходов, является удельный вес.
Для большинства расчетных ситуаций геотехнические параме¬
тры устанавливаются по результатам испытаний с использованием
корреляционной связи, аналитического и эмпирического подходов.
Эти значения определены в EN 1997-1 как производные значения;
они образуют основу для выбора значений геотехнических параме¬
94
Глава 3. Геотехнические данные
тров. Термин «производные значения» почти не употребляется в
EN 1997-1, но применяется в EN 1997-2 для описания значений гео¬
технических параметров, установленных по результатам наиболее
распространенных полевых и лабораторных испытаний с приме¬
нением корреляционной связи, теоретических знаний и эмпириче¬
ских отношений, представленных в EN 1997-2.
В результате испытаний различных типов могут быть получены
разные производные значения одного и того же параметра, относя¬
щегося к одному месту проведения работ. Пример разных значений
си, установленных тремя различными типами испытаний, указан¬
ными ниже, дается в EN 1997-2:
• по результатам испытания с помощью конического пенетрометра
через корреляционную связь с q с;
• по результатам испытания прессиометром Менара через корре¬
ляционную связь cpLU;
• по результатам лабораторного испытания, обработанным с помо¬
щью теории Мора — Кулона.
Следует отметить, что производное значение — это значение гео¬
технического параметра, например прочности грунта, жесткости и
сопротивления, определенное по результатам полевого или лабора¬
торного испытания грунта или скальной породы на одном конкрет¬
ном участке. Изменение свойств грунта, разброс результатов испы¬
тания или расчетная ситуация, включая объем рассматриваемого
грунта, во внимание не берутся. Примеры производных значений
параметров включают:
• значения d и ф', полученные по результатам испытания на трех¬
осное сжатие с использованием теории Мора — Кулона;
• значения Ет, полученные с помощью зависимости деформаций
от напряжения при трехосных испытаниях;
• значения си, полученные по результатам значений (с^) полевого
испытания грунта крыльчаткой с применением эмпирического
поправочного коэффициента;
• значения си, полученные из квалификационных признаков с ис¬
пользованием эмпирических соотношений;
• значения ф' и Ет, полученные по результатам стандартного испы¬
тания грунта пенетрометром с использованием корреляционных
связей;
• значения ф', полученные по значениям испытания с помощью
конического пенетрометра с использованием корреляционных
связей;
• значения R (несущая способность), полученные из измеренных
значений рш с использованием эмпирических отношений.
В отчете о производных геотехнических значениях важно ука¬
зать, каким образом эти значения были выведены, а также сооб¬
95
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
п. 2.4.3(3)Р
п. 2А.3(4)
п. 3.3
п. 3.3.6(1)
п. 3.3
п. 2.4.3(6)Р
96
щить о сделанных допущениях. Кроме того, при использовании
корреляционных связей для установления производных значений
геотехнического параметра по результатам испытаний, важно опре¬
делить, базируется ли корреляционная связь на среднем значении
или на консервативной оценке значений результатов испытания.
Желательно, чтобы корреляционные связи относились к средним
значениям результатов испытаний. При применении консерватив¬
ных корреляционных связей вводится неизвестный коэффициент
надежности. При применении стандартных таблиц, связывающих
геотехнические параметры с результатами испытаний, следует с
особой тщательностью выбирать корреляционную связь.
Расчет значений геотехнических параметров
В п. 2.4.3(3)Р говорится, что следует учитывать возможную разни¬
цу между свойствами грунта и геотехническими параметрами, уста¬
новленными по результатам испытаний, и параметрами, обуславли¬
вающими динамику геотехнической конструкции. Такое различие
может быть вызвано рядом факторов, таких как уровень напряже¬
ния, временные эффекты и строительные работы, перечисленных в
п. 2.4.3(4). В подпунктах п. 3.3 указаны различные факторы, кото¬
рые следует или рассматривать, или принимать во внимание при
оценке значений геотехнических параметров, установленных по ре¬
зультатам исследования конкретного места проведения работ или
по результатам конкретного лабораторного исследования. Кроме
того, рассматриваются факторы, учитываемые при оценке иной
геотехнической информации, такой как классификация и описание
грунтов и скальных пород, а также скальных массивов.
Ниже приведены примеры факторов, рассматриваемых при ана¬
лизе прочности грунта на сдвиг:
• уровень напряжения, приложенного к грунту;
• анизотропия прочности;
• скорость деформирования;
• нарушение образцов;
• уровень доверия теоретическим посылкам, используемым для
получения значения.
В целом факторы, обязательные для рассмотрения и учета при
расчете производных значений геотехнических параметров, просто
перечислены в п. 3.3 EN 1997-1, без точных рекомендаций, каким
образом они должны рассматриваться или учитываться.
Калибровочные и корректирующие коэффициенты
Согласно п. 2.4.3(6)Р, калибровочные коэффициенты применяют¬
ся, при необходимости, для преобразования значений параметра,
определенного по результатам испытания, в значения, представля¬
ющие динамику развития грунта или скальной породы при факти¬
Глава 3. Геотехнические данные
ческом предельном состоянии, и для учета корреляционных связей,
используемых для получения производных значений по результа¬
там испытаний.
Примером калибровочного коэффициента может служить кор¬
ректировочный коэффициент, применяемый к значениям опре¬
деленным в ходе полевого испытания грунта крыльчаткой, с целью
получения значений прочности грунта недренированному сдвигу
си, соответствующих значениям, полученным на основании сопо¬
ставимого опыта и анализа разрушения склонов. Этот коэффици¬
ент зависит от предела текучести, показателя пластичности и вер¬
тикального эффективного напряжения; примеры корректировоч¬
ных коэффициентов даны в EN 1997-2 для нормально уплотненных
и переуплотненных глин.
Другой пример корректирующего коэффициента представлен
коэффициентом 1,1, применяемым к значениям ф', полученным по
результатам испытания на трехосное сжатие, для их преобразова¬
ния из осесимметричных условий в условия плоской деформации.
Другие данные
В п. 2.43(1) отмечается, что значения геотехнических параметров
должны устанавливаться по результатам испытания непосред¬
ственно, через корреляционную связь, аналитически или эмпири¬
чески, или на основании других данных. Термин «другие данные»
играет большую роль при установлении значений геотехнических
параметров; он относится к элементам, указанным в п. 2.43(5) и
представляющим иную информацию и факторы, которые следует
учитывать:
• опубликованные материалы испытаний в схожих грунтовых ус¬
ловиях, использованные для обработки результатов испытаний;
• сравнение каждого полученного значения параметра с опублико¬
ванными значениями, значениями местных данных и результа¬
тов крупномасштабных полевых испытаний, если такие имеются;
• корреляционные связи между результатами более чем одного
типа полевых испытаний, когда они имеются, результат любых
крупномасштабных полевых испытаний и расчетов, выполнен¬
ных на близко расположенных конструкциях.
3.3.4. Значения характеристик
После получения комплекта значений геотехнических параметров
по результатам испытания, выполненного на этапе 1, путем при¬
менения соответствующих калибровочных и корректирующих ко¬
эффициентов и учитывая иную соответствующую информацию,
значение характеристики для конкретной расчетной ситуации ана¬
лизируется на этапе 2. Значение геотехнического параметра опре¬
п. 3.3.10(3)Р
п. 2.4.3( 1)Р
п. 2.4.3(5)Р
97
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
п. 2.4.5.2(2)Р
п. 2.4.5.2(4)Р
п. 3.4.1(1 )Р
п. 1.3(2)
п. 3.4.1(3)
п. 3.4.2(1)Р
98
делено в п. 2.4.5.2(2)Р как умеренная оценка значения, влияющего
на наступление предельного состояния.
В соответствии с рис. 2.3 расчет значения геотехнического пара¬
метра предполагает учет следующих факторов:
• изменяемость свойств грунта;
• количество результатов испытания;
• разброс результатов испытания;
• тип предельного состояния;
• объем рассматриваемого грунта;
• вид конструкции.
Определение значений характеристик подробно рассматривает¬
ся в главе 2.
3.4. Отчет об изысканиях
Все геотехнические проекты, включая небольшие и относитель¬
но простые сооружения с простыми грунтовыми условиями,
должны основываться на результатах геотехнических изысканий.
В п. 3.4.1 (1)Р определяется, что информация, полученная в резуль¬
тате геотехнических изысканий, должна быть отображена в Отче¬
те об изысканиях, составляющем часть Отчета о геотехническом
проектировании. Лицо, составляющее Отчет об изысканиях, как
правило, не должно являться лицом, подготавливающим Отчет о
геотехническом проектировании. Предполагается, что будет суще¬
ствовать соответствующая последовательность и обмен информа¬
цией между лицами, участвующими в сборе данных, проектирова¬
нии и строительстве. Поэтому представляется важным, чтобы лицо,
ответственное за геотехническое проектирование, даже если оно не
принимает участие в изысканиях, соответствующим образом обме¬
нивалось информацией с теми, кто изучает грунт и получает гео¬
технические данные для проектирования и расчета.
Обычно информация, представленная в Отчете об изысканиях,
состоит из двух частей:
1) представление имеющихся достоверных геотехнических данных
и иной информации;
2) геотехническая обработка информации, включающей предпо¬
ложения, сделанные при расшифровке результатов испытания и
полученные значения параметров.
Первая часть Отчета об исследовании грунта включает изло¬
жение результатов испытаний грунта и содержит часть, называе¬
мую обычно «докладом о фактическом состоянии грунта», которая
должна включать:
Глава 3. Геотехнические данные
• отчет о фактических результатах всех полевых и лабораторных
испытаний;
• информацию о применяемых методиках выполнения лаборатор¬
ных и полевых испытаний.
В п. 3.42(2) приведен перечень дополнительной информации,
включаемой в указанную выше часть Отчета об исследовании грун¬
та, если это необходимо. В этом перечне указываются:
• фамилии консультантов и названия подрядных организаций;
• история района застройки;
• геологическое строение места проведения работ, включая небла¬
гоприятные процессы;
• местный опыт.
Вторая часть Отчета об изысканиях заключается в анализе гео¬
технической информации; она соответствует части, называемой
обычно «пояснительная записка». Согласно п. 3.4.3(1 )Р, в этой ча¬
сти должны раскрываться следующие вопросы:
• обзор полевых и лабораторных исследований, в частности, лю¬
бые факторы, требующие рассмотрения при обработке результа¬
тов испытаний: например, ограничения, связанные с получением
данных, требования к отбору образцов, их транспортировке и
хранению, а также аномальные результаты испытаний;
• обзор производных значений геотехнических параметров;
• предложения по необходимости проведения дальнейших поле¬
вых и лабораторных работ и их цель.
В п. 3.4.2(2) содержится перечень дополнительных вопросов,
включаемых при необходимости в эту часть Отчета об изысканиях.
В этом перечне должны указываться:
• глубина залегания грунтовых вод и их сезонные колебания;
• разрезы, показывающие залегание различных инженерно-геоло¬
гических элементов;
• подробное описание всех элементов, включая определение их фи¬
зических свойств, характеристик деформирования и прочности.
В случае простой расчетной ситуации, например, ситуации гео¬
технической категории 1 с небольшими сооружениями на хорошо
изученном основании, обе части, т.е. и Отчет об изысканиях и От¬
чет о геотехническом проектировании могут быть представлены на
одном листе, как показано на рис. 2.9.
п. 3.4.2(2)
п. ЗЛЗ(1 )Р
п. 3.4.2(2)
Глава 4
надзор
за строительством,
мониторинг
и эксплуатация
В настоящей главе раскрываются вопросы контроля за ходом стро¬
ительства, мониторинга и обслуживания геотехнических конструк¬
ций, рассматриваемых Еврокодом 7. Порядок изложения материа¬
ла в настоящей главе соответствует порядку изложения материала
в разделе 3 EN1997-1:
4.1. Введение
4.2. Надзор
4.3. Проверка грунтовых условий
4.4. Контроль хода строительных работ
4.5. Мониторинг
4.1. Введение
Основной принцип EN 1997-1 заключается в обеспечении контро¬
ля и мониторинга всех процессов геотехнического строительства,
включая контроль качества работ;в мониторинге эксплуатацион¬
ных характеристик конструкции как во время строительства, так
и после его завершения, а также в обеспечении соответствующего
обслуживания конструкции после завершения строительства.
В разделе 4 EN 1997-1 рассматриваются три основные темы:
Пункт 4.1
Пункт 4.2
Пункт 4.3
Пункт 4.4
Пункт 45
п. 4.1(1 )Р
101
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
п. 4.1(8)
п. 2.8(1 )Р
1. Обеспечение безопасности и качества посредством контроля,
надзора и обслуживания. Важное требование заключается в
том, чтобы характер и качество надзора и мониторинга, пред¬
усмотренного для проекта, соотносились с точностью, принятой
для проектирования и выбора технических параметров и част¬
ных коэффициентов в расчетах. Другими словами, необходимо
установить повышенные требования к надзору и мониторингу
строительных работ в случаях, когда существует большая не¬
определенность в надежности расчетных параметров и степени
точности проектных расчетов.
2. Определение объема работ и его отражение в официальных до¬
кументах контракта и отчетах, например, в Отчете о геотехниче¬
ском проектировании.
3. Плановое осуществление надзора, мониторинга и обслуживания
с ведением учета.
В разделе рассматривается вопрос ответственности проекти¬
ровщиков за определение требований к надзору, мониторингу
и обслуживанию. Обращается серьезное внимание на решения,
принимаемые проектировщиком, и обеспечение его необходимой
информацией. Очевидно, что проектировщик не может нести от¬
ветственность за мониторинг и обслуживание конструкции после
завершения строительства, однако он должен подготовить и пред¬
ставить технические условия на мониторинг и обслуживание с тем,
чтобы проектные решения были подтверждены во время строи¬
тельства и после его завершения.
Блок 4.1. Вопросы, проверяемые во время строительства
• Расположение и общая схема конструкции.
• Грунтовые условия проверяются непосредственно:
• во время земляных работ:
- уклон стенок и дно котлована;
- грунт при бурении скважин для свай и анкерных креплений;
• косвенная проверка, например, во время:
- погружения свай;
- погружения шпунта.
• Состояние грунтовых вод:
- течение и давление поровой воды;
- эффективность гидрогеологических мероприятий.
• Осадки и перемещения конструкции, устойчивость выемок
и котлованов.
• Временные поддерживающие конструкции.
• Влияние строительства на окружающую застройку.
• Давление грунта на подпорные сооружения.
• Охрана труда
102
Глава 4. Надзор за строительством, мониторинг и эксплуатация
В разделе 4 не излагаются подробные требования к качеству
работ, для чего должны быть сделаны ссылки на различные стан¬
дарты, относящиеся к строительству специальных геотехнических
конструкций (см. перечень, приведенный в главе 1 Руководства).
Во многих случаях сами проектировщики определяют степень
«соответствия»; в этом отношении весь раздел представляет собой
простой перечень контрольных проверок, напоминающий проекти¬
ровщику о многих вопросах и факторах, требуемых или желатель¬
ных для рассмотрения в различных обстоятельствах. Объем надзо¬
ра, мониторинга и обслуживания зависит от характерных особен¬
ностей проекта и грунтовых условий.
Так же как и в других частях Еврокода, в настоящем разделе не
определяются договорные соглашения. Тем не менее указывается,
какие задачи должны быть выполнены и какой объем информации
должен быть предоставлен.
В разделе не рассматриваются требования к охране труда на ме¬
сте проведения работ; по этому вопросу следует ссылаться на на¬
циональное законодательство.
Кто должен осуществлять надзор, мониторинг и обслуживание?
Этот вопрос не регламентируется, однако предполагается возмож¬
ность последовательного обмена информацией между проектиру¬
ющей и строительной организациями и оказания необходимого
обслуживания конструкции в течение срока эксплуатации. Отчет
о геодезических работах предназначен для обеспечения требуемо¬
го обмена информацией путем включения плана надзора и мони¬
торинга за выполнением указанных работ в ходе строительства и
пунктов, проверяемых в ходе обслуживания. Выдержки из Отчета
о геотехническом проектировании, относящиеся к требованиям к
мониторингу и обслуживанию после завершения строительства,
должны предоставляться заказчику.
В Приложении J к EN 1997-1 дается перечень наиболее важных
вопросов, рассматриваемых во время строительства; их обзор дан
в блоке 4.1.
Вопросы охраны труда отдельно не обсуждаются в Еврокодах;
это предмет рассмотрения национальных правил охраны здоровья
и труда. Однако лицо, проверяющее ход геотехнических работ, обя¬
зано обеспечивать защиту рабочих, находящихся, например, в кот¬
ловане, от возможного обрушения его стенок.
п. 2.8(6)Р
103
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
п. 4.2
п. 4.2.2(b)?
п. 4.3
п. 4.3.2
104
4.2. Надзор
Надзор, согласно EN 1997-1, предполагает проверку как проекти¬
рования, так и строительства. Необходимо разработать план, вклю¬
чаемый в Отчет о геотехническом проектировании, содержание
которого зависит от масштаба и сложности проекта, представлен¬
ной геотехническими категориями (GCS). Если проект относится
к геотехнической категории 1, надзор может быть ограничен визу¬
альным осмотром основания, поверхностным контролем качества
и качественной оценкой эксплуатационных характеристик кон¬
струкции во время и сразу после завершения строительства; впол¬
не возможно, что этого будет достаточно. Дальнейший мониторинг
и обслуживание, вероятно, не потребуется. Если проект относится
к геотехнической категории 2, возможно, потребуется определе¬
ние свойств основания или характера перемещения конструкции.
Испытание грунта на движение под нагрузкой, проверка свай или
изучение плотности насыпного грунта за подпорной конструкци¬
ей — это примеры мониторинга, который может потребоваться для
проекта геотехнической категории 2.
В п. 4.2.1 (1) говорится: «Ход строительства должен проверяться
постоянно». Слово «постоянно» предусматривает, что проверки не
должны осуществляться настолько редко, чтобы утратить важные
характеристики основания или фундамента.
Важное требование EN 1997-1 заключается в том, чтобы отчеты о
таких проверках систематически сохранялись и были доступными
для проектировщика. Ниже указаны данные, обязательные для от¬
ражения в отчетах:
• важные характеристики и свойства основания и подземных вод;
• последовательность ведения работ;
• качество материалов;
• отклонения от проекта;
• исполнительные чертежи;
• результаты измерений/определений и их обработка;
• наблюдения за условиями окружающей среды;
• непредвиденные события.
4.3. Проверка грунтовых условий
«Контрольные исследования» заключаются в проверке состояния
грунта и грунтовых вод. Они предусматривают проверку принятых
проектных решений, если это необходимо, и выполнение дальней¬
шего исследования:
• грунта (тип и свойства почвы или скальной породы);
• грунтовых вод, включая уровень залегания, давление поровой
воды и её химический состав, влияние, оказываемое на грунто-
Глава 4. Надзор за строительством, мониторинг и эксплуатация
вые воды такими работами, как дренирование, цементация и про¬
кладка туннелей.
Если проект относится к простой геотехнической категории 1,
то проверка расчетов, условий грунта и подземных вод может быть
ограничена визуальным осмотром и изучением подтвержденных
документально или иных косвенных доказательств состояния пло¬
щадки проведения работ. Если проект относится к геотехнической
категории 2, то может потребоваться дополнительный отбор образ¬
цов и их лабораторные испытания или испытания образцов непо¬
средственно на месте проведения работ. Кроме того, может возник¬
нуть необходимость в выполнении замеров/определений в рамках
контрольного исследования. Косвенное подтверждение свойств
грунта, например, исходя из отчетов о забивке свай, должно оформ¬
ляться и использоваться при рассмотрении грунтовых условий.
4.4. Контроль хода строительных работ
Строительные работы должны проверяться с целью обеспечения их
соответствия методикам, принятым для проектирования и расчета
и документально оформленным в Отчете о геотехническом проек¬
тировании. Такое требование Еврокода 7 может привести к более
тщательному рассмотрению проектировщиками возможных мето¬
дов строительства и отражению их проектных решений в Отчете о
геотехническом проектировании (например, проверка укладки на¬
сыпного грунта и его уплотнения). Обычно указанные требования
не относятся к конструкциям геотехнической категории 1, когда по¬
следовательность строительных работ зачастую не является слож¬
ной и определяется подрядчиком.
Отклонения от проектных решений, касающихся грунтовых ус¬
ловий и грунтовых вод, и от методов строительства должны сооб¬
щаться лицу, ответственному за проектирование, незамедлительно.
4.5. Мониторинг
Измерения, которые могут быть получены из схемы ведения мони¬
торинга, включают следующие параметры и их изменение во вре¬
мени:
• деформации основания, вызванные сооружением;
• значения воздействий;
• значения давлений на контакте основания с сооружением;
• давления поровой воды;
• усилия и перемещения в элементах сооружения.
Для конструкций, относящихся к геотехнической категории 1,
достаточно выполнения визуального осмотра, в то время как для
п. 4.3.115)
п. 4.4(1 )Р
п. 4.4(4/
п. 4.4(1)?
п. 4.5(4)
п. 4.5(8)
п. 4.5(10)
105
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
конструкций, относящихся к геотехнической категории 2, мони¬
торинг конструкции может включать замеры в выбранных точ¬
ках. Для конструкций, относящихся к геотехнической категории
3, EN 1997-1 рекомендует проводить анализ работы конструкции
на основании измерений в выбранных точках. Требование выпол¬
нять мониторинг и рекомендации по хранению отчетов не должны
предъявляться для выполнения рядовых геотехнических работ,
п. 4.5(1 )Р определенных для конструкций геотехнических категорий 1 и 2.
п. 4.5(4) В случае простых фундаментов их объем должен быть минимален,
как показано в примере Отчета о геотехническом проектировании
ленточного фундамента (см. рис. 2.9).
Глава 5
песчаные подушки,
дренирование,
улучшение свойств
основания
и его укрепление
В настоящей главе рассматриваются расчетные требования, предъ¬
являемые к песчаным подушкам, дренированию, улучшению
свойств основания и его укреплению. Дается толкование терминам
«инженерно подготовленное основание» или «искусственное осно¬
вание». Материал, изложенный в настоящей главе, рассматривает¬
ся в разделе 5 EN 1997-1. Порядок изложения материала в настоя¬
щей главе соответствует порядку изложения материала в разделе 5
5.5. Улучшение свойств основания и его укрепление Пункт 5.5
5.1. Общие положения
Требования к проектированию песчаных подушек, дренирова¬
нию, улучшению свойств основания и его укреплению, согласно
EN 1997-1, объединены и изложены в разделе 5. Это вызвано тем,
что каждый из указанных процессов связан с улучшением свойств
EN1997-1:
5.1. Общие положения
5.2. Основные требования
5.3. Устройство песчаных подушек
5.4. Дренирование
Пункт 5.1
Пункт 5.2
Пункт 53
Пункт 5.4
107
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
грунта, тогда как в разделе 3 EN 1997-1, приведенном выше, рассма¬
триваются вопросы определения свойств естественного основания.
п. 5.1(1 )Р В разделе 5 излагаются общие требования к проектированию песча¬
ных подушек, дренированию, улучшению свойств основания и его
укреплению; особые требования не выдвигаются, за исключением
отдельных вопросов для песчаных подушек. Настоящий раздел, по
сути дела, является перечнем вопросов, которые должны быть рас¬
смотрены в проекте.
Ход расчета геотехнических конструкций, предусматривающего
устройство песчаных подушек и выполнение работ по улучшению
свойств грунта или его укреплению, изложен в разделах EN 1997-1,
рассматривающих проектирование фундаментов на естественном
основании, свай, анкеров, подпорных конструкций, гидравличе¬
ского разрушения, общей устойчивости и дамб. Следует отметить,
п. 1.5.2.4 что в контексте EN 1997-1 песчаная подушка, согласно определе¬
нию, является частью конструкции, поскольку, в соответствии с
EN 1997-1, «конструкция» — это упорядоченное сочетание соеди¬
нённых элементов, включая песчаную подушку, уложенную во вре¬
мя строительных работ и предназначенную для восприятия нагру¬
зок и обеспечения соответствующей устойчивости.
5.2. Основные требования
п. 5.2(1 )Р Замененный, дренированный, улучшенный по своим свойствам
или укрепленный грунт должен соответствовать основным свой¬
ствам и требованиям, предъявляемым к естественному основанию,
а именно противостоять воздействиям, оказываемым конструкцией
и режимом её эксплуатации.
5.3. Устройство песчаных подушек
п. 5.3 В п. 5.3 излагается порядок проектирования и устройства грун¬
товых подушек под фундаментами и фундаментными плитами, а
также рассматриваются вопросы обратной засыпки. Кроме того, в
разделе излагаются содержание проектирования и порядок возве¬
дения песчаных подушек для планирования территории, включая
устройство намывных насыпей, отвалов грунта и дамб, а также до¬
рожных насыпей. В этом пункте рассматривается выбор песчаной
подушки, порядок укладки, уплотнения и проверки, дается кон¬
трольный перечень проверок, обязательных для включения в тех¬
нические условия по выполнению земляных работ.
Так же, как и для расчетов естественного основания, для проект¬
ных расчетов песчаных подушек требуется определение значений
характеристик материала подушки. На момент проектирования
свойства еще могут быть неизвестны, однако они должны быть за-
108
Глава 5. Песчаные подушки, дренирование, улучшение свойств основания
даны. При определении значений свойств насыпного материала не¬
обходимо руководствоваться нормами п. 2.45.2, предполагающими
предусмотрительную оценку значений, влияющих на наступление
предельного состояния.
5.4. Дренирование
Дренирование предполагает удаление воды как для улучшения
свойств грунта, так и для упрощения условий строительства. В не¬
которых случаях может потребоваться пополнение грунтовых вод
в рамках дренирования, чтобы предотвратить снижение их уровня,
вызывающее осадку близрасположенных сооружений. Условия,
обязательные для выполнения, и вопросы, проверяемые при про¬
ектировании дренирования согласно EN 1997-1, представлены в
п. 5.4; в нем содержатся вопросы, требующие проверки проектиров¬
щиками.
В контрольном перечне условий, обязательных для рассмотре¬
ния и учета, имеется одно условие, чрезвычайно важное для рас¬
чета проекта дренирования: необходимо проверить, чтобы осадка
грунта, вызванная понижением уровня грунтовых вод, не привела
к осадкам близлежащих конструкций, что может привести к их по¬
вреждению или нарушению эксплуатационной пригодности. Осо¬
бенно опасными считаются ситуации, при которых обезвоживается
водопроницаемый слой, лежащий выше сжимаемого слоя. Кроме
того, следует убедиться в том, что понижение уровня грунтовых
вод, не оказывает неблагоприятного воздействия на гидрогеологи¬
ческие условия близрасположенных территорий.
Необходимо отметить, что уровень, до которого можно снизить
уровень грунтовых вод в конкретной ситуации, в высокой степени
зависит от степени водопроницаемости грунта и её колебаний по
всему рассматриваемому слою.
Зачастую разработка схем дренирования грунта упрощается
применением метода наблюдения.
Важность рассмотрения результатов воздействия грунтовых вод
отмечается во многих разделах и пунктах EN 1997-1; например,
в п. 2.4.2(9)Р подчеркивается важность определения воздействий,
при которых преобладают силы грунтовых вод и избыточных вод.
В п. 10.5(1)Р подчеркивается необходимость принятия мер по кон¬
тролю потока грунтовых вод для предотвращения вымывания грун¬
та, создающего угрозу устойчивой эксплуатационной пригодности
конструкции.
п. 2.4.5.2
п. 5.4
п. 5.4(4)
п. 2.7
п. 2.4.2(9)Р
п. 10.5(1 )Р
109
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
п. 5.5
п. 5.5(2)?
п. 5.5(3)
п. 5.5(1)?
5.5. Улучшение свойств основания
и его укрепление
Разработка схем улучшения свойств грунта и его укрепления рас¬
смотрена в общих чертах в EN 1997-1. Во многих случаях такие схе¬
мы относятся к конструкциям геотехнической категории 3. В связи
с этим к ним не должны в полной мере предъявляться требования,
определенные в EN 1997-1, а их разработкой должны заниматься
специалисты-геотехники. Это утверждение основано на том, что
улучшение свойств грунта и его укрепление не считаются обычны¬
ми типами конструкций и фундаментов, которые относятся к гео¬
технической категории 2.
Некоторые вопросы, обязательные для рассмотрения и учета
при проектировании улучшения свойств грунта или его укрепле¬
ния, включены в перечень. В этот перечень входят, например, тол¬
щина слоя грунта или насыпного материала на месте проведения
работ, характерные особенности, размеры и расположение соору¬
жения, которое будет опираться на грунтовое основание, важность
предотвращения повреждений прилегающих конструкций и т.п. В
EN 1997-1 выдвигается требование, определяющее, что эффектив¬
ность улучшения свойств грунта должна проверяться по критери¬
ям допустимости путем определения изменений соответствующих
свойств в результате применения метода. Для этого EN 1997-1
требует проведения геотехнического исследования для определе¬
ния начальных условий, прежде чем проводить любое улучшение
свойств основания.
Глава 6
Фундаменты
на естественном
основании
В главе рассматриваются вопросы проектирования фундаментов
на естественном основании. Этот материал излагается в разде¬
ле 6 EN 1997-1 и в информативных Приложениях D (Рекоменду¬
емый аналитический метод расчета несущей способности грунта),
Е (Рекомендуемый полуэмпирический метод для оценки несущей
способности), F(Рекомендуемые методы расчета осадок), G (Реко¬
мендуемый метод определения несущей способности фундаментов
на скальных породах) и Я (Предельные значения деформаций кон¬
струкций и перемещений фундамента).
В некоторых разделах и приложениях к EN 1997-2 дается до¬
полнительная информация о полуэмпирических моделях для рас¬
чета несущей способности и осадок, используя результаты полевых
испытаний.
Порядок изложения материала в настоящей главе незначительно
отличается от принятого в разделе 6 EN 1997-1:
6.1. Методы проектирования Пункт 6.4
6.2. Общая устойчивость Пункт 6.5.1
6.3. Прямой метод: расчет предельного Пункт 6.5.2
напряженного состояния
6.4. Прямой метод расчета: расчет предельного Пункт 6.6
состояния по эксплуатационной пригодно
сти путем вычисления осадки
111
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
6.5. Косвенный метод: упрощенный метод для Пункты 6.4 и 2.4
определения предельного эксплуатацион¬
ного состояния
6.6. Предписывающий метод проектирования Пункт 65.4.2
6.7. Проектирование строительных конструкций Пункт 6.8
Подобно другим разделам EN 1997-1, в разделе 6 излагаются
только основные требования к проектированию фундаментов на
естественном основании. С целью оказания помощи проектиров¬
щикам в настоящей главе описываются стандартные методики рас¬
чета предельного напряженного состояния (ULS) и предельного
состояния по эксплуатационной пригодности (SLS) и рассматри¬
ваются следующие примеры:
• Пример 6.1: вертикально нагруженная, квадратная фундамент¬
ная плита на слабом глинистом основании в дренированных и
недренированных условиях. Прямой метод проектирования ос¬
нован на применении аналитической модели расчета несущей
способности (см. Приложение D к EN 1997-1).
• Пример 6.2: проектирование и расчет квадратной фундаментной
плиты на песке и гравии сооружения башенного типа, подверга¬
емого небольшому вертикальному постоянному воздействию и
изменяющемуся горизонтальному воздействию большой интен¬
сивности. Прямой метод проектирования, предусматривающий
применение аналитической модели расчета (см. Приложение D к
EN 1997-1), используется для расчета предельного состояния по
эксплуатационной пригодности.
• Пример 6.3: проектирование и расчет фундамента на естествен¬
ном основании с использованием результатов прессиометриче-
ского испытания, когда и прямой, и косвенный методы приведе¬
ны для полуэмпирической расчетной модели.
п. 9.7.3(1)Р Многие положения раздела 6, кроме того, распространяются на
гравитационные подпорные конструкции. В примере 9.1 настояще¬
го Руководства изложено определение предельного напряженного
состояния и несущей способности, а также проверка на сдвиг фун¬
дамента гравитационной подпорной стены.
Кроме того, положения раздела 6 применимы к расчету групп
свай, на вертикальную нагрузку (например, расчет несущей спо¬
собности группы свай методом эквивалентного условного фунда¬
мента).
6.1. Методы проектирования
п. 6.2(1 )Р Необходимо рассматривать несколько предельных состояний,
представленных в списке. Первые четыре являются предельными
112
Глава 6. Фундаменты на естественном основании
состояниями по несущей способности, которые допускают неогра¬
ниченные перемещения фундамента; пятое предельное состояние в
списке предполагает значительные, но ограниченные перемещения
фундамента, при которых фундаментная конструкция достигает
предельного состояния, т.е. она больше не соответствует требова¬
ниям по несущей способности строительных конструкций или их
соединительных узлов; три последних предельных состояния отно¬
сятся к предельным эксплуатационным состояниям.
Внимание проектировщиков обращается также на некоторые
аспекты, которые могут повлиять на выбор глубины заложения
фундамента на естественном основании. Некоторые указанные
проблемы могут быть решены путем принятия директивных мер.
В перечне контрольных проверок предусматривается рассмотре¬
ние и учет будущих земляных работ. Это не означает, чтобы фун¬
даменты на естественном основании были рассчитаны на все воз¬
можные формы откопки грунта; требуется, чтобы проектировщики
рассматривали и учитывали возникновение возможных ситуаций в
будущем и принимали соответствующие им действия. Такое усло¬
вие остается в силе и по отношению к другим требованиям перечня
контрольных проверок.
Один из трех методов проектирования и расчета, указанных
ниже, должен применяться для проверки расчета фундаментов
(также см. табл. 6.1 — общий обзор):
1) прямой метод, предусматривающий две отдельные проверки:
- во-первых, применение модели расчета, максимально прибли¬
женной к механизму разрушения от предельного напряженно¬
го состояния;
- во-вторых, применение методики расчета осадок для удовлет¬
ворения условий предельного эксплуатационного состояния.
Предполагается свободный выбор расчетных моделей, исполь¬
зуемых для каждого из шагов. Проверка предельного напряжен¬
ного состояния выполняется с помощью аналитических расчет¬
ных моделей, описывающих несущую способность и сопротивле¬
ние сдвигу, или используя полуэмпирические расчетные модели,
в которых несущая способность определяется непосредственно, в
виде производной величины, исходя из результатов полевых ис¬
пытаний. Проверка предельного эксплуатационного состояния
выполняется с помощью расчетов осадок (или аналитический
расчет — см. Приложение F, для примера, или полуэмпирические
модели для расчета осадок — см. EN 1997-2, Приложения В2, С2
или D4, для примера);
2) косвенный метод, основывающийся на сопоставимом опыте
(обязательное условие) и использующий результаты полевых
или лабораторных исследований или иных наблюдений, а также
п. 6.4(1 )Р
п. 2.5
п. 6.4(5)Р
п. 6.5.2.2
п. 6.5.3
п. 6.5.2.3
113
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
значений нагрузок, соответствующих предельному эксплуата¬
ционному состоянию. Сопоставимый опыт связан с предельным
эксплуатационным состоянием для того, чтобы применение это¬
го метода автоматически удовлетворяло условиям предельного
эксплуатационного состояния. Косвенный метод, кроме того, в
неявном виде учитывает предельное напряженное состояние при
рассмотрении общих конструкций без особых нагрузок при усло¬
вии, что опыт проектирования является соответствующим этому
состоянию. Таким образом, косвенный метод представляет собой
одноступенчатый метод проверки и предельного эксплуатацион¬
ного состояния, и предельного напряженного состояния. Расчеты
выполняются с помощью аналитических или полуэмпирических
моделей. Выбор подхода к проектированию не осуществляется
(см. главу 2), поскольку проверка основана на условиях предель¬
ного эксплуатационного состояния;
3) директивный метод, как правило, основывается на сопоставимом
опыте наблюдения эксплуатационных состояний.
В табл. 6.1 показаны три метода проектирования, а также приво¬
дятся примеры моделей расчета фундаментов на естественном ос¬
новании со ссылками на соответствующие статьи и рекомендуемые
методы расчета (см. информативные приложения EN 1997-1 и EN
1997-2.
Следует отметить, что простые сооружения, без особых усло¬
вий нагружения, можно проектировать, используя косвенный или
директивный методы. Однако крупные или сложные сооружения,
проектируемые на слабых или сжимаемых грунтах, должны про¬
ектироваться с использованием двухступенчатого прямого метода.
Более того, при расчете сооружений, подвергаемых значительному
воздействию горизонтальных нагрузок, особое внимании должно
быть уделено эксцентриситету и наклону расчетных нагрузок.
6.2. Общая устойчивость
Согласно EN 1997-1 грунтовый массив должен проверяться на об¬
щую устойчивость, согласно правилам, приведенным в разделе 11.
В потенциально неустойчивом массиве грунта может находиться
фундамент (рис. 6.1, поверхность разрушения А—В) или поверх¬
ность разрушения может проходить вблизи него (рис. 6.1, поверх¬
ность разрушения С—D).
Поскольку разрушение вдоль поверхности С—D может суще¬
ственно влиять на несущую способность самого фундамента, оно
должно быть маловероятным.
114
Глава 6. Фундаменты на естественном основании
Таблица 6.1
Обзор методов проектирования, предполагаемых EN 1997-1,
и соответствующих моделей расчета
Метод и предельные
состояния
Расчетная модель
Пункты
EN 1997-1
Рекоменду¬
емый метод
Прямой метод:
а) предельное
напряженное
состояние
Аналитическая расчет¬
ная модель:
- несущая способность;
- сопротивление сдвигу.
Полуэмпирическая рас¬
четная модель:
- прессиометр
6.5.2, 6.5.3
6.5.2.2
6.5.3
6.5.2.3
6.6
EN 1997-1,
Прил. D
EN 1997-1,
Прил. Е
EN 1997-2,
Прил. С1
б) предельное
эксплуатационное
состояние
Аналитический расчет
осадок:
- расчет осадок.
Полуэмпирический рас¬
чет осадок:
- конический пенетро¬
метр, прессиометр,
стандартное испы¬
тание на погружение
(SPT)
6.6.2
EN 1997-1,
Прил. F
EN 1997-2,
Прил.
В2, С2, D4
Косвенные методы
Предельное напря¬
женное и предель¬
ное эксплуатаци¬
онное состояния,
совместно
Аналитическая расчет¬
ная модель:
- применение общих
коэффициентов к
«характеристическим»
значениям несущей
способности.
Полуэмпирическая рас¬
четная модель:
- применение общих
факторов к «харак¬
теристическим»
значениям несущей
способности
2.4.1(4),
2.4.8(4)
EN 1997-1,
Прил. D
Директивный
метод
Предельное напря¬
женное состояние и
предельное эксплу¬
атационное состоя¬
ние, совместно
Таблицы номограмм
прогнозируемых
значений несущей
способности
6.5.2.4, 6.7
EN 1997-1,
Прил. G
115
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
Рис. 6.1. Общая устойчивость должна проверяться на поверхностях
разрушения A-В и С-D. Поверхность разрушения С-D проходит снаружи
фундамента, но при сдвиге склона вертикальная несущая способность
фундамента значительно снижается
п. 6.5.1(2)Р Термин «маловероятно» неясен; его необходимо понимать сле¬
дующим образом: потеря общей устойчивости должна быть такой
же практически невозможной, как и потеря несущей способности
фундамента от вертикальных нагрузок. При применении подхо¬
дов к проектированию 1 (DA-1) и 3 (DA-3) такая ситуация будет
обеспечена использованием аналогичных частных коэффициен¬
тов для расчета устойчивости склонов и для расчета несущей спо¬
собности. При применении подхода к проектированию 2 (DA-2)
частные коэффициенты сопротивления для расчета общей устой¬
чивости и несущей способности отличаются (см. табл. А.14 и А.5
соответственно).
6.3. Прямой метод: расчет предельного
напряженного состояния
6.3.1. Несущая способность
п. 6.5.2.1(1 )Р Основное требование предельного напряженного состояния выра¬
жается неравенством
Vd<Rdf (6.1)
где Vd — расчетная нагрузка предельного напряженного состояния,
перпендикулярная к плоскости опирания фундамента, a Rd — рас¬
четное сопротивление фундамента против действующих на него
нагрузок (рис. 6.2). Rd может быть определено с помощью аналити¬
ческой или полуэмпирической модели. Vd включает вес фундамен¬
та и вес грунта обратной засыпки (рассматривается как «конструк¬
тивная нагрузка»), приложенная сверху на фундамент. Давление
грунта на конструктивные элементы, расположенные выше подо¬
швы фундамента, представляют собой геотехнические воздействия
и также включаются в Vd в соответствующих случаях.
116
Глава 6. Фундаменты на естественном основании
Рис. 6.2. Пример воздействия на фундамент: Vd — составляющая
равнодействующей, перпендикулярная к фундаменту; расчетные
значения следующих воздействий (d опущено для ясности):
H,MiaV— воздействия от конструкции; А и Р — давление грунта;
ИЛ, и W2 — вес грунта обратной засыпки
Основное неравенство Vd < Rd необходимо проверять на рекомен¬
дуемые частные коэффициенты, в случае постоянных и временных
воздействий в Приложении А {табл. А.1 — частные коэффициенты,
применяемые к воздействиям или результатам воздействий; табл.
А.2 и А.5 — частные коэффициенты, применяемые к параметрам
грунта и его несущей способности). В общем случае частные ко¬
эффициенты, как правило, равны 1,0. Необходимо отметить, что
рекомендуемые значения частных коэффициентов, приведенных в
Приложении А, установлены для аналитических методов, применя¬
емых во всех трех подходах к проектированию, а также для полуэм-
пирического метода, применяемого в подходе к проектированию 2
(DA-2). Таким образом, для полуэмпирических методов, использу¬
емых в подходах к проектированию 1 и 3 (DA-1 и DA-3), могут по¬
требоваться коэффициенты модели, согласно п. 2.4.7.1(G).
В EN 1997-1 предусматриваются следующие требования: дав¬
ления воды, не вызванные нагрузками на фундамент, всегда вклю¬
чаются в расчеты. Для дренированных условий давление воды
рекомендуется включать в виде воздействий. Типичная ситуация
показана на рис. 6.3. Он соответствует определению термина «воз¬
действия», рассматривая все значения давления воды в дрениро¬
ванных условиях в виде воздействий, когда они известны в самом
начале расчетов.
117
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
Ч|
4
4 \WY\\\\V у ь
Ч
*2
ч г
Is
ч Г
-
г
?2
J 4
"а
Рис. 6.3. Воздействия на фундамент гидростатическим давлением воды
(согласно Симпсону и Дрисколлу, 1998 г.):
Аь = площадь подошвы фундамента
Ас = площадь поперечного сечения колонны
ул = удельный вес грунта над уровнем грунтовых вод
у2 = удельный вес грунта ниже уровня грунтовых вод
S = воздействия от надземной части здания или сооружения
W = вес фундамента
U1# U2 = силы, вызванные давлением воды
= равнодействующая воздействия грунтовой засыпки на фундамент
= (Y1 ^1 + У2 d2 )(ДЬ Ас)
= F/+ U1
= (У1<*1 +(У2-У»#2+У«<*2)Иь-Ас).
где F/ — равнодействующая эффективных напряжений от воздействия грунтовой
засыпки на фундамент
U 2 = Yw (^2 + ^3 Иь
Vd = должно быть согласовано с расчетным сопротивлением Rd, являющимся
в данном случае эффективной силой
Подразумевается, что сопротивление рассчитывается по эффек¬
тивным напряжениям. Может возникнуть вопрос, каким образом
применять частные коэффициенты к погруженной или частично
погруженной в воду конструкции? Сила, вызванная давлением
воды и воздействующая на подошву фундамента, уменьшает зна-
П.2.4.ЩР чение Vd, поэтому она может рассматриваться в качестве «благо¬
приятной», в то время как общий вес фундамента представляется
неблагоприятным. Физически именно вес погруженной конструк¬
ции (общий вес минус взвешивающая сила) должен выдерживать¬
ся грунтом, для которого несущая способность выражается в виде
эффективных сил; один и тот же частный коэффициент может при¬
меняться к сумме этих воздействий. Все указанное выше показа¬
но на рис. 6.3. Расчетные значения воздействий, вызванных весом
погруженного в воду фундамента и грунтовой засыпки, становятся
расчетными значениями эффективных весов. Коэффициенты воз¬
действия 1,0 (DA-1, сочетание 2) и 1,35 (DA-1, сочетание 1, и DA-2,
118
Глава 6. Фундаменты на естественном основании
и DA-3) применяются к эффективному весу погруженного в воду
фундамента и грунтовой засыпки, если они считаются неблагопри¬
ятными. Это показано на примере 6.1. Коэффициенты воздействия
1,0 применяются ко всем подходам проектирования, если эффек¬
тивный вес считается благоприятным.
Расчет в случае недренированных условий приведен на рис. 6.4
и в примере 6.1.
Аналогичный метод расчета, приведенный на рис. 6.4, применя¬
ется в полуэмпирической расчетной модели, рассматриваемой в
Приложении Е, описанной через общее напряжение (независимо от
того, дренированные или недренированные условия). Это показано
в примере 6.3.
Рис. 6.4. Фундамент под воздействием гидростатического давления
воды в сыпучем грунте над недренированной глиной
(Согласно Симпсону и Дрисколлу, 1998 г.)
Стрелками показано направление гидростатического давления воды (только
вертикальное направление). Давление, действующее на фундамент, включено в
Vd, в то время как давления, действующие вдоль, увеличивают^. В данном (недре-
нированном) случае Rd представляет собой общую силу, действующую на осно¬
вание, которая включает в себя как гидростатическое, так и избыточное поровое
давления, вызванные недренированным сдвигом.
Воздействие на грунтовое основание Vd, которое вызывает недренированное
сопротивление Rdl определяется по формуле
Vd = S + W + Fi=S + W + (FJ + и,).
РЛ' определено в рис. 6.3.
Возможный альтернативный подход предполагает включение гидростатиче¬
ских давлений воды в виде части Vd, так же, как и в дренированном случае. Давле¬
ния воды действуют вверх на подошву фундамента, уменьшая значение Vd (см. рис.
6.3). Однако избыточные поровые давления, образуемые у основания фундамента
в результате сдвига, остаются частью Rd. Это соответствует определению термина
«воздействия», приведенного в п. 2А.2.(2)Р, поскольку гидростатический компонент
известен, но избыточное давление неизвестно в самом начале (конце) расчета.
119
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
При проектировании конструкционных элементов следует учесть,
что давление воды может быть неблагоприятным (например, для
плитных фундаментов или закрытых коробчатых кессонов); коэф¬
фициент воздействия для неблагоприятных условий конструкции
должен применяться к давлению воды (см. раздел 6.7).
Аналитический расчет
п. 6.5.22(1) Рекомендуемая расчетная модель, приведенная в Приложении Д
хорошо известна. В Приложении D даётся представление о необхо¬
димой степени точности и устойчивости решения при проведении
расчетов. Рекомендуемые значения частных коэффициентов, при¬
веденные в Приложении А (табл. А.1, А.2 и А.5) калиброваны со¬
гласно методу, указанному в Приложении D.
Приложение D носит информативный характер. Поэтому проек¬
тировщики могут использовать другие методы, указанные в Наци¬
ональном приложении.
Модель расчета (см. Приложение D) применима к однослойному
основанию. Следует проявлять осторожность при расчете много¬
слойных оснований или оснований, имеющих разрывы сплошно-
пп. 6.522(4)- сти. Параграф (5) может показаться слишком консервативным или
6.5.22(6) ограниченным в применении. Могут применяться более совершен¬
ные модели расчетов, например, для определения разрушения в ре¬
зультате продавливания, выдавливания или для расчета недрени-
рованного сопротивления сдвигу, увеличивающемуся с глубиной.
Применяемые частные коэффициенты зависят от принятого под¬
хода к проектированию.
Основными входными параметрами для аналитических расче¬
тов являются прочностные показатели грунта и удельный вес (с'к,
ф'к — при дренированных условиях; си к — при недренированных ус¬
ловиях и удельный вес (уку'к). Их значения должны выбираться для
учета изменчивости основания в зависимости от относительного
размера фундамента и жесткости конструкции:
• для больших фундаментов на естественном основании величины
значения параметров сопротивления сдвигу обычно представ¬
ляют в виде среднего значения под фундаментом. Если здание
опирается на несколько фундаментов, в значениях показателей
должны учитываться пространственная изменчивость параме¬
тров прочности на сдвиг по пятну застройки здания и жесткость
опираемой конструкции;
• участки с относительно неблагоприятной геологической ситуа¬
цией, ведущие к значительному снижению несущей способности,
необходимо определить при выборе значений. При отсутствии
неблагоприятных участков, величина прочности на сдвиг может
быть представлена в виде средних значений по пятну застрой¬
ки. Если неблагоприятные участки имеют место на площадке,
120
Глава 6. Фундаменты на естественном основании
а опираемая конструкция не обладает достаточной жесткостью
для передачи нагрузок от фундаментов, находящихся на небла¬
гоприятных участках, к фундаментам, находящимся на прочных
местах, то значение параметров прочности на сдвиг может быть
представлено в виде среднего или минимального значения под
каждым фундаментом отдельно.
При выборе среднего значения параметров прочности грунта
на сдвиг для проектирования небольшого фундамента следует об¬
ратить внимание на поверхности разрушения, которые могут раз¬
виваться преимущественно вдоль неблагоприятных участков в ос¬
новании. Если такая возможность вероятна, тогда выбор величины
значения должен ограничиваться минимальными значениями па¬
раметров прочности грунта.
Значение удельного веса грунта должно быть представлено в
виде его среднего значения.
Эффективное давление от веса грунта на уровне фундамента q'
представляется его средним значением вблизи от фундамента. Оно
должно учитывать неблагоприятные уровни грунтовых вод и отри¬
цательное воздействие на несущую способность основания умень¬
шения сжимающего давления в процессе любой выемки грунта.
Некоторые особенности, необходимые для учета,
при применении аналитической модели расчета,
при использовании подхода к проектированию 1 (DA-1)
Для постоянных и временных ситуаций расчет должен проверяться
как на сочетание 1, так и на сочетание 2:
Сочетание 1: Л1 ‘+'М1 ‘+'#1
Сочетание 2: А2 М2 Д1.
Частные коэффициенты применяются к источнику, т.е. к воз¬
действию (рекомендуемые значения указаны в табл. А 7) и к пара¬
метрам материала прочности на сдвиг с’ ф’ или си (рекомендуемые
значения указаны в табл. А.2). Для фундаментов на естественном
основании коэффициенты сопротивления равны 1,0 (см. табл. А.5).
Сочетание 2 обычно применяется для определения размеров
фундамента, кроме тех случаев, когда горизонтальная переменная
нагрузка, значение которой велико по сравнению с постоянной вер¬
тикальной нагрузкой, приводит к значительному опрокидывающе¬
му моменту, действующему на фундамент. Такое сочетание нагруз¬
ки вызывает появление внецентренно приложенного расчетного
значения результирующего воздействия. Целесообразно, в первую
очередь, рассчитать размер фундамента для частных коэффициен¬
тов сочетания 2, а во вторую — проверить соответствие полученно¬
п. 2.4.7.3.4.2
121
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
го размера требованиям предельного напряженного состояния для
частных коэффициентов сочетания 1.
Шаг 1 — определение размеров фундамента, используется со¬
четание 2: Л2 ‘+* М2 jRl. Расчетные значения воздействий кон¬
струкции на фундамент выводятся путем применения коэффици¬
ентов комплектаЛ2 табл. А.З (рекомендуемые значения yF = 1,0 для
неблагоприятных постоянных нагрузок и у q = 1,3 для неблагопри¬
ятных переменных нагрузок; эти значения могут быть изменены в
Национальном приложении). Расчетные значения геотехнических
воздействий (например, активное давление) выводятся путем при¬
менения коэффициентов комплекта М2 табл. А.4 к параметрам
прочности на сдвиг и коэффициентов воздействия комплекта А2
табл. АЗ к неблагоприятным, постоянным геотехническим воз¬
действиям (рекомендуемое значение yF = 1,0) к неблагоприятным,
переменным геотехническим воздействиям (рекомендуемое значе¬
ние yQ= 1,3).
Расчетные значения параметров прочности грунта на сдвиг по¬
лучаются применением коэффициентов более 1,0 к нормативным
значениям, так же, как и в комплекте М2 табл. А.4 (рекомендуемые
значения уф = 1,25, ус> = 1,25 и уси= 1,4; эти значения могут быть из¬
менены в Национальном приложении). Частный коэффициент со¬
противления yRv равен 1,0 согласно комплекту R1 табл. А.5.
Частный коэффициент надежности по материалу, равный 1,0,
применяется к нормативному значению удельного веса грунта при
расчете геостатического давления как части несущей способности.
С помощью расчетных значений воздействий и параметров проч¬
ности на сдвиг можно рассчитать:
• Расчетные значения элементов результирующих воздействий,
перепендикулярных (Vd) и параллельных (Hd) фундаменту.
• Эксцентриситеты eBjdneL d результирующих воздействий и, сле¬
довательно, эффективные размеры В' и I/ фундамента.
• Коэффициенты несущей способности Nq(ф(1), N^(ф(1) и Nc(фД
• Коэффициенты наклона iq, i и ic как функции расчетных значе¬
ний параметров прочности на сдвиг и Hd и Vd .
• Коэффициенты формы sq, и sc и коэффициенты наклона осно¬
вания S q, S И Sc.
• Расчетное значение несущей способности, исходя из Rd /А'.
Обычно для получения оптимального размера фундамента, соот¬
ветствующего требованиям предельного напряженного состояния,
требуется несколько итераций.
Шаг 2 — проверка размера фундамента при выполнении шага 1 для
комплектов частных коэффициентов сочетания 1: А\ ‘+’ Ml ‘+’ R\.
Расчетные значения воздействий на фундамент выводятся путем
122
Глава 6. Фундаменты на естественном основании
применения коэффициентов, согласно табл. АЗ, комплект А1 (ре¬
комендованные значения: yF = 1,35 для неблагоприятных постоян¬
ных нагрузок и yq = 1,5 для неблагоприятных переменных нагрузок;
эти значения могут быть изменены в Национальном приложении).
Расчетные значения геотехнических воздействий (например, ак¬
тивное давление) выводятся путем применения этих коэффициен¬
тов воздействия к нормативным значениям геотехнических воздей¬
ствий. Расчетные значения параметров прочности грунта на сдвиг
равны их нормативным значениям (с частными коэффициентами,
равными 1,0, табл. А.4, комплект М1). Частный коэффициент по
сопротивлению yRv равен 1,0 согласно табл. А.5).
Следует отметить, что частный коэффициент воздействия, рав¬
ный 1,0, применяется к постоянному давлению воды, а частный
коэффициент надежности по материалу, равный 1,0, применяется
к нормативному значению удельного веса грунта, при расчете (эф¬
фективного) геостатического давления.
Поскольку размер фундамента обычно определяется сочетанием
2, расчет для сочетания 1 упрощается до простой проверки соответ¬
ствия размеров фундамента требованиям сочетания 1.
Примечания:
1. При рассмотрении вертикальных или почти вертикальных на¬
грузок зачастую становится очевидным, что сочетание 1 не под¬
ходит для определения размеров фундамента. Поэтому в выпол¬
нении расчетов по шагу 2 нет необходимости.
2. Возможно, что постоянные воздействия могут быть благоприят¬
ными, когда, например, они действуют в сочетании с большими
переменными воздействиями. В таких случаях необходимо вы¬
полнить два расчета для сочетания 1: первый, при котором по¬
стоянное вертикальное воздействие считается благоприятным,
следовательно, требуется применить коэффициент воздействия,
равный 1,0, а второй, при котором постоянное вертикальное воз¬
действие считается неблагоприятным, следовательно, требует¬
ся применить коэффициент воздействия, равный 1,35. Первый
случай в примерах обозначается через « Ублагоприятное», а второй —
^ ^неблагоприятное^ ■
В сочетании 1 расчетное значение сопротивления равно его харак¬
теристическому значению, когда нагрузка действует вертикально и, в
некоторой степени, ниже, когда нагрузка действует наклонно.
Некоторые особенности применения аналитической модели
расчета, используя подход к проектированию 2 (DA-2)
Проектирование и расчет должны проверяться применением одно¬
го комплекта частных коэффициентов, используя сочетание
п. 2.4.7.3.4.3
123
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
Л1‘+’М1 Ч’Д2.
Существует два способа введения частных коэффициентов в
DA-2: или их применением к воздействиям (к источнику), или их
применением к результату воздействий. Оба способа рассматрива¬
ются ниже.
При использовании частных коэффициентов к воздействиям
(их источнику) расчетные значения воздействий конструкции по¬
лучаются путем применения коэффициентов воздействия, указан¬
ных в табл. А.З, комплект А1 (рекомендуемые значения yF = 1,35
для неблагоприятных постоянных воздействий и jq = 1,5 для небла¬
гоприятных переменных воздействий). Расчетные значения геотех¬
нических воздействий (например, активное давление) выводятся
путем применения yF и Jq к значениям геотехнических воздействий,
рассчитанных путем применения ум = 1,0 к параметрам прочности
на сдвиг (см. табл. АЛ, комплект М1).
Частный коэффициент надежности по материалу, равный 1,0,
применяется к эффективному удельному весу грунта при расчете
(эффективного) геостатического давления.
Расчетное значение несущей способности выводится путем при¬
менения частного коэффициента несущей способности, yR больше
1,0 (см. табл. А.5, комплект R2, где yRv = 1,4), к несущей способно¬
сти, рассчитанной путем применения расчетных значений параме¬
тров прочности грунта на сдвиг, равных их нормативным значени¬
ям (т.е. несущая способность, рассчитанная с помощью ум = 1,0, см.
табл. АЛ, комплект М1).
С помощью расчетного значения воздействия и расчетного зна¬
чения параметров прочности на сдвиг можно рассчитать:
• Расчетные значения элементов результирующих воздействий
перпендикулярных (Vd) и параллельных (Hd) фундаменту
• Эксцентриситет ев> d и eLi d результирующих воздействий и, следо¬
вательно, эффективные размеры В' и V фундамента.
• Коэффициенты несущей способности Nq(ф(1) = Nq(фь), N (фа) =
• Коэффициенты наклона zq, i и ic как функций расчетных значе¬
ний параметров прочности на сдвиг, равных их характеристиче¬
ским значениям и Hd и Vd .
• Коэффициенты формы sq, s и sc и коэффициенты наклона осно¬
вания S q, S И 5С.
• Значение несущей способности R/А! с помощью указанных выше
коэффициентов из формулы расчета несущей способности (см.
Приложение D). Расчетное значение несущей способности, исхо¬
дя из R&/A! вычисляется применением частного коэффициента
сопротивления yR>v, больше 1,0 (см. табл. АЛ, комплект R2): ре¬
комендованное значение yRv= 1,4).
124
Глава 6. Фундаменты на естественном основании
Для процедуры, относящейся к DA-2, в которой частные коэф¬
фициенты применяются к результатам всех воздействий (проце¬
дура, названная DA-2*), несущая способность R\JA’ рассчитыва¬
ется с помощью нормативных значений воздействий, а также нор¬
мативных значений параметров прочности на сдвиг. Наклонные
воздействия и эксцентриситеты евк и eLk (а значит, и эффективная
ширина и длина В' и L') также рассчитываются с помощью нор¬
мативных значений воздействий и параметров прочности на сдвиг.
В результате эксцентриситет будет меньше, чем если бы расчетные
значения воздействий применялись со значением yF> 1,0, приме¬
ненным к источнику. Следовательно, при применении процедуры,
относящейся к DA-2, в которой частные коэффициенты применя¬
ются к результатам воздействий, а коэффициент сопротивления
применяется к несущей способности, рассчитанной с нормативны¬
ми значениями воздействий, особое внимание должно быть уделе¬
но возможности опрокидывания фундамента. При работе с этим
методом эксцентриситеты eBt к и eLi к часто ограничиваются до В/3,
хотя это и не является требованием EN 1997-1.
При применении указанных выше процедур следует помнить,
что постоянные воздействия могут быть благоприятными, когда,
например, они действуют в сочетании с большими переменными
воздействиями. В таких случаях необходимо выполнять два расче¬
та: первый, в котором предполагается, что постоянное вертикальное
воздействие благоприятное, а следовательно, требуется частный
коэффициент yF= 1,0, а второй — в котором принимается, что посто¬
янное вертикальное воздействие неблагоприятное, поэтому нужен
коэффициент yF = 1,35.
Некоторые особенности применения аналитической модели
расчета, используя подход к проектированию 3 (DA-3)
Проектирование и расчет должны проверяться применением
следующих комплектов частных коэффициентов в сочетании:
(А\илиА2) ‘+’М2 ‘+’ДЗ.
Расчетные значения воздействий на фундамент выводятся сле¬
дующим образом:
• Конструктивные воздействия: путем применения коэффициен¬
тов комплекта А 7 табл. АЗ (рекомендуемыми значениями явля¬
ются: yF= 1,35 для неблагоприятных постоянных воздействий и
Yq= 1, 5 для неблагоприятных переменных воздействий).
• Геотехнические воздействия (например, активное давление):
путем применения частных коэффициентов надежности по ма¬
териалу из комплекта М2 табл. А.4 к нормативным значениям
параметров прочности на сдвиг и частных коэффициентов из
комплекта А2 табл. АЗ к воздействиям (рекомендуемые зна-
п. 2.47.3.3(1)
п. 2.4.7.3.4.4
125
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
чения yF = 1,0 для постоянных геотехнических воздействий и
Yq = 1,3 для неблагоприятных переменных геотехнических воз¬
действий).
Расчетные значения параметров грунта на сдвиг выводятся пу¬
тем применения коэффициентов больше, чем 1,0, к нормативным
значениям, таким же, как в комплекте М2 табл. А.4 (рекомендуе¬
мые значения yF = 1,25, ус. = 1,25 и уси = 1,4; эти значения могут быть
изменены в Национальном приложении).
Частный коэффициент сопротивления yRv =1,0 согласно ком¬
плекту R3 табл. А.5.
При помощи расчетных значений воздействий и параметров
прочности на сдвиг, как это определено выше, можно рассчитать:
• Расчетные значения элементов результирующих воздействий,
перпендикулярных (Vd) и параллельных (Яс1) фундаменту.
• Эксцентриситеты eB dneL d результирующих воздействий и, сле¬
довательно, эффективные размеры В' и L' фундамента.
• Коэффициенты несущей способности Nq(ф d), N (<|>d) и Nc(ф(1).
• Коэффициенты наклона zq, i и ic как функции расчетных значе¬
ний параметров прочности на сдвиг и Hd и Vd .
• Коэффициенты формы sq, и sc и коэффициенты наклона осно¬
вания s q, 5^ и sc.
• Расчетное значение несущей способности, исходя из Rd /А'.
Обычно для получения оптимального размера фундамента, соот¬
ветствующего требованиям предельного напряженного состояния,
необходимо несколько итераций.
Следует отметить, что постоянные воздействия могут быть
благоприятными, когда, например, они действуют в сочетании с
большими переменными воздействиями. В таких случаях необхо¬
димо выполнить два расчета для сочетания 1: один, при котором
постоянное вертикальное воздействие считается благоприятным,
следовательно, требуется применить коэффициент воздействия,
yF = 1,0, а второй, при котором постоянное вертикальное воздей¬
ствие считается неблагоприятным, следовательно, требуется при¬
менить коэффициент воздействия yF = 1,35.
Полуэмпирический расчет
п. 6.5.2.3 Полуэмпирические модели могут применяться для оценки несу¬
щей способности фундаментов на естественном основании, исходя
из параметров грунта (обычно, исходя из результатов полевых ис¬
пытаний). Рекомендуемый метод, в котором используются резуль¬
таты прессиометрических испытаний, приведен в Приложении Е.
В этом приложении не дается объяснение тому, как оценивается
Pie*, а также не даются значения коэффициента несущей способно-
126
Глава 6. Фундаменты на естественном основании
сти k\ читателю дается ссылка на EN 1997-2, Приложение С1 или на
другие источники.
При применении полуэмпирических моделей для расчета пре¬
дельного напряженного состояния коэффициенты должны приме¬
няться к воздействиям и сопротивлениям (частные коэффициен¬
ты, для которых рекомендуемые значения даны в Приложении А).
Применение частных коэффициентов к сопротивлению наиболее
уместно, когда полуэмпирические модели используются для рас¬
чета предельного напряженного состояния. Таким образом, подход
к проектированию (DA-2) может непосредственно применяться с
полуэмпирическими моделями. При использовании DA-1 и DA-3
значения, превышающие 1,0 для коэффициента yR v из комплекта
Rl (DA-1) и из комплекта R3 (DA-3) (табл. А.5), и значения ум, рав¬
ные 1,0, могут быть применены с полуэмпирическими моделями;
затем коэффициент yR v применяется в качестве коэффициента мо¬
дели (см. пример 6.3).
6.3.2. Сопротивление сдвигу
Основное требование предельно напряженного состояния пред¬
ставлено математическим неравенством (рис. 6.5)
Ha<Ra + R,
р, d-
(6.2)
■4 Т
шщ
W,
Г I
^ "Н
Рис. 6.5. Н — равнодействующая сил горизонтальных компонентов
давления грунта А и воздействий конструкции F (FH); V — результирующая
сила, действующая перпендикулярно фундаменту. Сопротивление сдвигу
представлено суммой сопротивления трению под фундаментом, R,
и мобилизованным пассивным сопротивлением грунта, Яр
п. 6.5.3
127
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
п. 6.5.3(5)
п. 6.5.ЩР
п. 6.5.3(7)Р
п. 6.5.3(8)Р
п. 6.5.4(11)Р
п. 6.5.3(10)
Предельное состояние фундамента может быть достигнуто,
даже если грунтовое основание не исчерпало свою прочность, т.е.
без образования механизма разрушения в грунте. Следовательно,
необходимо учитывать возможность перемещения грунта, соот¬
ветствующего рассматриваемому предельному состоянию. На ос¬
новании этого Rp d не обязательно достигает значения предельного
пассивного сопротивления грунта. Кроме того, следует учесть, что
максимально допустимое сопротивление сдвигу i?d вероятно будет
мобилизовано при относительно небольшом перемещении и, воз¬
можно, оно будет уменьшаться при значительных перемещениях.
Следовательно, невозможно одновременно мобилизовать макси¬
мальные значения i?d и Rp d. При выборе характеристических зна¬
чений параметров прочности на сдвиг для оценки i?d и Rp d следует
учесть возможное несоответствие перемещений в предельном со¬
стоянии сдвига.
Следует учитывать влияние местных выемок, эрозии, усадки
глин и т.п., уменьшающих или даже исключающих пассивное со¬
противление фундаментов подпорных конструкций относительно
мелкого заложения.
Применение уравнения (6.2) в трех подходах к проектированию
аналогично применению процедуры, изложенной в разделе, по¬
священном несущей способности. i?d можно записать в следующем
виде:
• Дренированные условия:
Rd = Vd tg $(Ь когда свойства грунта представлены коэфициента-
ми (уравнение (6.3а))]
jRd = Vd tg 5k / yR> h, когда сопротивления грунта представлены ко¬
эффициентами, а воздействия представлены коэффициентами у их
источника (уравнение (б.ЗЪ))]
Rd = V\l tg 5k / yR( h, когда сопротивления грунта и результаты воз¬
действий представлены коэффициентами (уравнение (6.3а), см.
примечания).
• Недренированные условия:
jRd = А Ссиtd, когда свойства грунта представлены коэффициентами
(уравнение (6.4а))]
Rd = А Сси>к / Yr, ь когда сопротивление грунта представлено коэф¬
фициентами (уравнение (6.4Ъ)).
Принято считать, что структура грунта на контакте с фундамен¬
том бывает нарушена. Следовательно, углы предельного состояния
(постоянное значение) сопротивления сдвигу, как правило, акту¬
альны на поверхности контакта, даже если более высокие значе¬
ния угла сопротивления сдвигу применяются к основному массиву
128
Глава 6. Фундаменты на естественном основании
грунта. Таким образом, расчетное значение угла трения, 5d, поверх¬
ности контакта конструкция-грунт должно быть выведено, исходя
из прогнозируемой величины углов предельного состояния сопро¬
тивления сдвигу: 5d = фСУ> d для монолитного бетона и 5d = 2/3 ф'СУ> d
для фундаментов из готовых бетонных блоков; любое эффективное
сцепление, с', во внимание не принимается. Сказанное выше пока¬
зывает, что для одного грунта два разных значения могут отвечать
двум различным предельным напряженным состояниям одной
конструкции: потеря вертикальной несущей способности может
обуславливаться максимальными значениями угла сопротивле¬
ния сдвигу, в то время как сдвиг по поверхности контакта грунт-
конструкция также зависит от предельного угла сопротивления
сдвигу.
Уравнение (6.4) в основном относится к сдвигу фундаментов,
расположенных на глинистом или слабом скальном основании, для
которых сопротивление недренированному сдвигу может быть со¬
ответствующим, особенно в условиях быстрого нагружения. Пло¬
щадь контакта, Ас, ограничена площадью сжатия под действием
расчетных нагрузок.
Небольшая вертикальная нагрузка
<4 Большая горизонтальная нагрузка
а
Небольшая вертикальная нагрузка
I м Большая горизонтальная нагрузка
б
Рис. 6.6. а — легкий сборно-блочный фундамент, подвергаемый
горизонтальной нагрузке; б — монолитный фундамент, находящийся
в тесном контакте с грунтом
Из-за того, что при некоторых обстоятельствах вертикальной
нагрузки может быть недостаточно для обеспечения полного кон¬
такта между грунтом и фундаментом, математическое неравенство
(65) ограничивает расчетное сопротивление до 0,41^ в недрениро-
п. 6.5.3(11)Р
129
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
ванных условиях. Рассмотрим, например, такую ситуацию: легкий
сборный фундамент подвергается большой горизонтальной нагруз¬
ке, как показано на рис. 6.6,а. Для расчета действующего горизон¬
тального сопротивления необходимо определить поверхность кон¬
такта в виде функции вертикальной силы и несущей способности
в вертикальном направлении с поправкой на наклонное действие
нагрузки. Мортенсен (1983 г.) доказал, что расчеты такого типа
дают результат, который может быть представлен в виде матема-
п. 6.5.3(13) тическомго неравенства (65). В некоторых случаях, при быстром
нагружении, для фундаментов, находящихся в тесном контакте с
грунтом, может иметь место «прилипание» фундамента к основа¬
нию из-за отсутствия зазора между грунтом и фундаментом (рис.
6.6,6). В таких случаях неравенство (65) можно не учитывать.
6.3.3. Нагрузки с большим эксцентриситетом
п. 6.5.4(1)Р EN 1997-1 не устанавливает особых ограничений на величину экс¬
центриситета нагрузок, действующих на фундамент; однако необ¬
ходимо принимать меры предосторожности в тех случаях, когда
равнодействующая нагрузки расположена за пределом середины
двух третей фундамента. Хотя это и не определено, но можно пред¬
положить, что рассматриваемая результирующая нагрузка пред¬
ставляет собой предельную нагрузку. Применение общепринятой
«модели средней трети» (на основании нагрузок предельного экс¬
плуатационного состояния и свойств материала) практически по¬
лезно, поскольку оно помогает проектировщикам оценить, поте¬
ряет ли часть фундамента контакт с грунтом при нагружении или
нет; однако применение такой модели не является требованием, по¬
скольку EN 1997-1 не устанавливает пределов по эксцентриситету
нагрузки (кроме того, см. пример 6.2).
Когда внецентренная нагрузка прилагается вне средней трети
фундаментов, вполне вероятно, что в упругих расчетах будут недо¬
оценены перемещения. В таком случае потребуется проверить, на¬
ступит ли разрушение опираемой конструкции или эффект второго
порядка, или удовлетворяются ли эксплуатационные условия.
Меры предосторожности при наличии значительного эксцентри¬
ситета включают:
• тщательную проверку расчетного значения нагрузки, поскольку
незначительное ее отклонение оказывает отрицательное влия¬
ние на надежность, если нагрузка имеет большое значение экс¬
центриситета;
• учет величин строительных допусков, поскольку возведение
слишком маленького фундамента может оказать отрицательное
влияние на надежность, если нагрузка приложена с большим
эксцентриситетом.
130
Глава 6. Фундаменты на естественном основании
6.3.4. Разрушение конструкции, вызванное смещением
фундамента
Предельное напряженное состояние опертой конструкции может
наступить из-за перемещения грунтового основания, даже если в
грунте не развился механизм неограниченных пластических де¬
формаций. Примеры движений грунта, потенциально вызывающие
предельное напряженное состояние конструкции или серьезные ее
повреждения, представлены ниже:
• Значительные осадки или горизонтальные перемещения, напри¬
мер в слабых глинах, нагруженных свыше давления предвари¬
тельного уплотнения.
• Значительные осадки, вызванные (искусственным) понижением
уровня грунтовых вод, обезвоживанием вследствие нахождения
в грунте корней деревьев и т.п.
• Набухание глин, вызываемое изменением содержания поровой
воды (объемное расширение частично насыщенного грунта)
• Просадочные грунты.
• Осадки насыпей, вызванные вибрациями, затоплениями и т.п.
Представляется трудным установить общие правила определения
допустимых значений перемещений фундаментов. В EN 1997-1 не
даются рекомендации по допускаемым значениям; в Приложении Н
говорится, что относительное вращение (примерно величиной 1 /150
или более), вероятно, может вызвать наступление предельного на¬
пряженного состояния надфундаментной конструкции.
Для решения обычных проблем (т.е. обычные конструкции и на¬
гружения, по которым существует соответствующий опыт) част¬
ные коэффициенты предельного напряженного состояния, данные
в Приложении А, могут считаться коэффициентами, обеспечиваю¬
щими достаточно низкую мобилизацию прочности грунта с целью
предотвращения предельных напряженных состояний конструк¬
ции в результате перемещения грунта, по крайней мере, для дрени¬
рованных грунтов с углом сопротивления сдвигу не менее 25...27° и
имеющих соответствующую жесткость и плотность.
Для глин, нагруженных достаточно быстро, чтобы оставаться в
недренированном состоянии, частный коэффициент си, приведен¬
ный в подходе к проектированию 1 (DA-1), например, имеет не¬
большое значение, поэтому он недостаточен для предотвращения
значительных осадок, вызываемых приближением пластического
разрушения. Для грунтов с небольшими углами сопротивления
сдвигу, таких как слабые глины и органогенные грунты, требуется
выполнить прогноз осадок для проверки предельного напряженно¬
го состояния надфундаментной конструкции.
п. 6.5.5
131
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
Предполагаемые опорные давления, основывающиеся на сопо¬
ставимом опыте, должны быть достаточно низкими, чтобы не до¬
пустить возникновения недопустимых осадок, вызывающих разру¬
шение надфундаментной конструкции.
После проверки предельного напряженного состояния надфун¬
даментной конструкции, подвергаемой осадкам, расчетные значе¬
ния осадок должны быть определены.
На рис. 6.7 показана многопролетная балка на трех опорах, для
которой необходимо определить изгибающий момент и попереч¬
ную силу на средней опоре, вызванные заданным перемещением
концевой опоры.
лщщщ^
Расчетное значение
осадки породы
Рис. 6.7. Пример проверки на предмет структурного разрушения
многопролетной балки на трех опорах путем превышения расчетного
значения сопротивления изгибу на центральной балке, вызванного
значительным оседанием концевой опоры
Расчетные значения осадок, вызванных соответствующим рас¬
четным значением нагрузки, в идеальном случае, могут быть опре¬
делены, исходя из «характеристической» кривой нагрузка-осадка
фундамента, которая является предварительной оценкой кривой
нагрузка-осадка. Эти значения можно определить с помощью испы¬
тания (но это не общепринято) или расчета. Кривая нагрузка-осад¬
ка, вплоть до разрушения, обычно имеет форму кривой 1, показан¬
ной на рис. 6.8,а. Выше определенного значения нагрузки кривая
становится достаточно нелинейной, а результат воздействия (т.е.
осадка) увеличивается относительно больше, чем воздействие (т.е.
нагрузка). Такая ниспадающая кривизна появилась в результате
местного течения грунта под фундаментом. Для такой формы, со¬
гласно EN 1990, п. 6.3.2(4), расчетные значения осадок определяют¬
ся из характеристической кривой нагрузка-осадка при Vd; расчет¬
ное значение предельной нагрузки также должно быть проверено.
Характеристическая кривая нагрузка-осадка может быть постро¬
ена с помощью логарифмической формулы осадки Терцаги (см.
132
Глава 6. Фундаменты на естественном основании
рис. 6.8) и деформационных характеристик грунта основания. В
этой формуле предполагается, что под фундаментом не происходит
течения грунта. При использовании этой формулы расчетная осад¬
ка увеличивается относительно меньше, чем нагрузка.
Для такой формы, согласно EN 1990 (п. 6.3.2(4)), расчетные зна¬
чения осадки при предельном напряженном состоянии выводятся,
исходя из характеристической кривой нагрузка-осадка, путем при¬
менения коэффициента воздействия предельного напряженного
состояния к «характеристической» осадке, установленной для Ек,
характеристического значения воздействия.
Характеристическая кривая нагрузка-осадка может быть постро¬
ена с помощью закона упругого деформирования (рис. 6.8,в) и де¬
формационных характеристик. В законе упругого деформирования
предполагается, что под фундаментом не происходит значительных
сдвигов грунта. Используя этот закон, можно показать, что расчет¬
ная осадка увеличивается линейно с ростом нагрузки. В случае ли¬
нейной зависимости расчетное значение осадки sd, полученное при
Vj, расчетное значение нагрузки при предельном напряженном со¬
стоянии и sd, полученное умножением осадки sk при , характери¬
стического значения нагрузки при предельном напряженном состо¬
янии на коэффициент воздействия, являются одинаковыми.
Следует подчеркнуть, что формула для осадки Терцаги и тради¬
ционный закон упругого деформирования считаются надежными
только тогда, когда значение нагрузки значительно меньше нагруз¬
ки разрушения. Результирующие осадки не могут быть экстрапо¬
лированы на все значения нагрузки на кривой нагрузка-осадка. Их
применение для определения предельных напряженных состояний
конструкции, должно быть ограничено ситуациями, когда пласти¬
ческое поведение грунта не оказывает значительного влияния на
кривую нагрузка-осадка или когда можно учесть изменение кривой
за счет пластического поведения грунта.
Когда расчетные значения предельных напряженных состояний
вводятся в расчет конструкции, то результирующие внутренние мо¬
менты и поперечные силы представляются расчетными значениями
по предельному напряженному состоянию (т.е. Md, 5d), к которым
применимы требования соответствующих Еврокодов.
133
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
Sk — осадка при
соответствующей
нагрузке
sd — осадка при
расчетной нагрузке
по предельному
напряженному
состоянию
секущая прямая для
расчета по предельно¬
му напряженному
состоянию
• секущая прямая для
расчета по предельному
эксплуатационному состоянию
Кривая 1
Sk — осадка при
соответствующей
нагрузке
sd — осадка при
расчетной нагрузке
по предельному
напряженному
состоянию
Нагрузки
►
кривая нагрузка-осадка,
построенная
по скорректированному
закону линейного
деформирования
Рис. 6.8. Определение расчетного значения осадки sd: а — в случае
большего относительного роста осадки, чем нагрузки: расчетное
значение осадки определяется из характеристической кривой нагрузка-
осадка для расчетного значения Vd; б — в случае меньшего
относительного роста осадки, чем нагрузки: расчетное значение осадки
определяется умножением осадки для нагрузки, определяемой
из характеристической кривой нагрузка-осадка, на коэффициент
воздействия; в — результат нагрузки (осадка) увеличивается линейно
с нагрузкой
134
Глава 6. Фундаменты на естественном основании
6.4. Прямой метод расчета: расчет предельного
состояния по эксплуатационной пригодности
путем вычисления осадки
При применении прямого метода расчета необходимо выполнить п.6.4(5)Р
расчет осадки и сравнить его результаты с предельно допустимыми п. 2.4.9
значениями. Предельно допустимые значения устанавливаются для
перемещений фундамента, зависящих от нескольких факторов, ко¬
торые приведены в перечне. При отсутствии определенных предель¬
ных значений деформаций надфундаментных конструкций, можно
использовать значения деформаций конструкций и перемещений
фундамента, приведённые в Приложении Н (информативное). При¬
ложение Носновано на современном отчете Бурланда и др. (1977 г.).
Кроме деформаций, вызываемых нагрузкой на фундамент, сле¬
дует учитывать и другие возможные источники осадки ,такие как
уплотнение грунта от собственного веса, вибрационные воздей¬
ствия, затопления, повышение или понижение уровня подземных
вод и разрушение структуры грунта.
Для определения предельных эксплуатационных состояний и п. 6.6.1
предельных значений перемещений фундамента представлены об- п. 6.6.2
щие требования и рекомендации. Приложение дописывает простые
аналитичесие методы расчета осадок.
В EN 1997-2 даются четыре метода (хотя в EN 1997-1 они не при¬
водятся) для расчета осадок, исходя из результатов полевых испы¬
таний с использованием полуэмпирических моделей расчета (EN
1997-2, Приложения В2, С2 и D4).
Обычно частные коэффициенты для проверки по предельным
состояниям по эксплуатационной пригодности путём расчета оса¬
док равны 1,0; они применяются к характерным значениям воздей¬
ствий при расчете по предельному эксплуатационному состоянию
(см. EN 1990 — сочетания нагрузок), а также к характеристическим п. 2.4Д2)
значениям параметров деформирования грунта. Характеристиче¬
ские значения параметров деформирования выбираются согласно
правилам п. 2.4.5 и, таким образом, представляют собой значения с
запасом. Вопросы, относящиеся к уровням напряжений и деформа- пп. 6.6.2(1)~
ций, неустойчивости и жесткости конструкции, должны тщательно 6.6.2(15)
рассматриваться и учитываться. В EN 1997-1 излагаются некото¬
рые общепринятые правила для расчета осадок. Проектировщики
должны обращать внимание не только на «средние» значения воз¬
действий и характеристик рассматриваемого объема грунта.
При расчете осадки фундамента, следует учитывать его взаимо- п. 6.6.1(8)Р
действие с близлежащими фундаментами.
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
п.б.щ5)р 0 5 косвенный метод: упрощенный метод
для определения предельного эксплуатационного
состояния
6.5.1. Общие положения
В косвенных методах используются сопоставимый опыт и резуль¬
таты полевых или лабораторных исследований или наблюдений,
выбранных по отношению к нагрузкам предельного эксплуатаци¬
онного состояния, соблюдая требования всех соответствующих
предельных состояний. Поэтому косвенный метод отвечает тре¬
бованиям предельного эксплуатационного состояния и, в неяв¬
ной форме, требованиям предельного напряженного состояния,
как минимум, по отношению к общим конструкциям, для которых
существует сопоставимый опыт, к которым не прилагается специ¬
альная нагрузка и не рассматриваются особые грунтовые условия.
Косвенный метод отличается от прямого метода расчета тем, что он
предусматривает выполнение только одного расчета для проверки
и предельных напряженных, и предельных эксплуатационных со¬
стояний. Косвенный метод хорошо подходит к решению обычных
проблем геотехнической категории 2. Проблемы геотехнической
категории 3 следует решать прямым методом.
п. 2.4.1(4)Р Кроме требования на наличие сопоставимого опыта и связи с на¬
грузками предельных эксплуатационных состояний, в EN 1997-1 не
дается четких рекомендаций по применению косвенного метода. Ис¬
ходя из указанных общих правил, косвенный метод предполагает:
• или выполнение расчета осадок по условиям предельного экс¬
плуатационного состояния;
• или ограничение мобилизации сопротивления грунта, рассчи¬
танного с помощью моделей (аналитических или полуэмпириче-
ских) для определения несущей способности с целью предотвра¬
щения наступления предельного эксплуатационного состояния.
Поскольку имеется ограниченный опыт применения первой про¬
цедуры, то она больше не будет рассматриваться в настоящем Ру¬
ководстве.
6.5.2. Косвенный метод, основанный на ограничении
мобилизации несущей способности
Как минимум, для простых грунтовых условий и нагрузок опыт
традиционного проектирования показывает, что фундаменты ведут
себя удовлетворительно в отношении эксплуатационной пригод¬
ности, а поэтому соответственно удовлетворяется в постоянных и
переменных условиях и предельное напряженное состояние, когда
размеры фундамента были определены с достаточно высоким зна-
136
Глава 6. Фундаменты на естественном основании
чением общего коэффициента надежности по несущей способности
(например, коэффициент надежности больше 2,5...3). Такой опыт
был приобретен применением как аналитических, так и полуэмпи-
рических моделей расчета.
В EN 1997-1 относительно косвенного метода говорится: «Мож¬
но показать, что достаточно небольшая доля прочности грунта
мобилизуется для удержания деформаций в пределах требуемых
значений по эксплуатационной пригодности». Это заявление сде¬
лано в духе установившейся практики. Ограничение мобилизации
несущей способности грунта может быть достигнуто:
• сравнением нагрузок по предельному эксплуатационному состо¬
янию с несущей способностью, деленной на достаточно большой
общий коэффициент мобилизации. Значения такого общего ко¬
эффициента устанавливаются, исходя из опыта проектирования;
• сравнением нагрузок по предельному эксплуатационному состо¬
янию с несущей способностью, рассчитанной путем применения
достаточно большого общего «коэффициента мобилизации» не¬
посредственно к параметрам прочности на сдвиг. Опыт примене¬
ния таких «частных мобилизационных» коэффициентов значи¬
тельно меньше, однако можно предполагать, что он будет быстро
расти в ближайшее время.
Оба метода могут применяться с аналитическими формулами
(например, Приложение D); при использовании полуэмпирических
правил (например, Приложение Е), может применяться только об¬
щий «коэффициент мобилизации».
В EN 1997 не дается определения, какое сочетание воздействий
по условиям предельного эксплуатационного состояния, согласно
EN 1990 (п. 6.5.3), должно учитываться при применении косвенно¬
го метода. Поскольку при использовании косвенного метода рас¬
сматриваются необратимые предельные состояния, то уместно ос¬
новное сочетание.
Косвенный метод предполагает, что осадки по условиям пре¬
дельного эксплуатационного состояния не будут превышены. Та¬
кой «упрощенный метод» проверки предельного эксплуатацион¬
ного состояния представляется способом применения косвенного
метода, при котором и предельное эксплуатационное состояние, и
предельное напряженное состояние проверяются вместе.
Приведены некоторые определения относительно того, что мо¬
жет считаться «достаточно низким мобилизованным сопротивле¬
нием» (среднепластичных) глин, при использовании упрощенного
метода. Одинаковые значения применяются к песку средней плот¬
ности и плотному, однако странно, что эти значения не приведены
в EN 1997-1.
п. 2.4.814)
137
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
п. 2.4Д4)
п,6.6.1(3)Р
п. 6.52.4
п. 6.8(1 )Р
Применение упрощенного метода для проверки предельного экс¬
плуатационного состояния рассматривается при наличии следую¬
щих условий:
1) наличие точно установленного и документированного положи¬
тельного опыта;
2) отсутствие четких ограничений по осадкам, определяемым для
установления предельных эксплуатационных состояний и пре¬
дельных напряженных состояний надфундаментной конструк¬
ции, вызванных перемещениями фундамента;
3) отсутствие доминирования особых условий нагружения, таких
как сильно наклоненные или внецентренные нагрузки, крайне
изменяемые или циклические нагрузки или климатические на¬
грузки (снег или ветер). Если превалируют особые нагрузки, не¬
обходимо проявить особое внимание, при этом, проектировщи¬
кам ие рекомендуется применять полуэмпирические методы для
расчета легких конструкций;
4) метод неприменим для расчетов при наличии слабых глин и
грунтов с высоким содержанием органических веществ, для ко¬
торых всегда требуется расчет осадок.
Косвенный метод включает в себя очень простую процедуру, со¬
ответствующую общепринятой практике, не предусматривающую
необходимости в расчете осадок. Во многих расчетных ситуациях
прочностные параметры грунта (tg<|)' и d или си) известны с большей
степенью доверительности, чем параметры деформирования грун¬
та, а следовательно, упрощенный метод может быть более достовер¬
ным, чем расчеты осадок.
6.6. Предписывающий метод проектирования
Предписывающий метод расчета применяется в контексте, изло¬
женном в п. 2.5. Рекомендуемый метод для получения предпола¬
гаемой несущей способности фундаментов на скальном основании
изложен в Приложении G.
6.7. Проектирование строительных конструкций
Проектирование фундамента предполагает проверки предельных
напряженных состояний, возникающих в фундаментной конструк¬
ции. Проверка предельных эксплуатационных состояний (напри¬
мер, проверка толщины трещин) также может иметь непосред¬
ственное значение.
Значения внутренних изгибающих моментов и поперечных сил
элементов фундамента по условиям предельных напряженных со¬
стояний и предельных эксплуатационных состояний получаются
138
Глава 6. Фундаменты на естественном основании
путем сложения опорных давлений под фундаментом, размер ко¬
торого определен из условий недопущения потери несущей способ¬
ности основания (или требования эксплуатационной пригодности
должны привести к принятию большего размера фундамента).
Для проектирования конструкции по предельному напряженно¬
му состоянию опорные давления под фундаментом определяются
исходя из величин расчетных нагрузок, т.е. значений, включающих
частные коэффициенты воздействий yG и yQ и частные коэффици¬
енты надежности по материалу ум. Важно рассматривать давление
воды в виде воздействий, поскольку они представляются неблаго¬
приятными для изгибающих моментов и внутренних сил (напри¬
мер, давление воды, направленное вверх на плитный фундамент);
затем значения давлений воды умножаются на соответствующий
коэффициент воздействия (рекомендуемые значения для трех под¬
ходов к проектированию даны в табл. А.З).
Следует отметить, что подход к проектированию 1 (DA-1), со¬
четание 2, не относится к проектированию конструкций в случаях,
когда прочность грунта не играет никакой роли при оценке опор¬
ного давления под фундаментом (это скорее относится к обычным
методам расчета для оценки опорных давлений). Согласно DA-1,
проектирование фундаментов на естественном основании далее
выполняется с помощью комплекта коэффициентов сочетания 1,
хотя, как правило, размер фундамента определяется при помощи
сочетания 2.
В EN 1997-1 проводится различие между жесткими и гибкими
фундаментами, без указания рекомендаций, каким образом опре¬
делять это различие. Аналогично рекомендации не даются в сфере
применимости или сравнительных достоинств и ограничений ре- пп. 6.8.2-
акции грунтового основания (реактивного отпора), а также моде- 6.8(6)
лей сплошной среды. Выбор остается за проектировщиками и их
опытом с учетом рекомендаций, опубликованных в литературе.
Необходимо учитывать сочетаемость деформаций по условиям
предельного состояния. Возможно, потребуется подробный анализ п. 2.4.1(13)
взаимодействия. п. 6.8(6)
Распределение опорных давлений, используемых для определе¬
ния критического эксплуатационного состояния фундамента (на¬
пример, толщина трещины), выводится из соответствующих ком¬
бинаций воздействий по условиям предельного эксплуатационного
состояния, согласно EN 1990, и путем учета деформирований грун¬
та и фундамента.
139
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
Пример 6.1: квадратный отдельный фундамент на слабой
глине
Вводная часть
Этот пример представляет проектирование фундамента по усло¬
виям предельного напряженного состояния, используя прямой
метод расчета с простым аналитическим решением (см. Прило¬
жение D). Рассматриваются недренированные и дренированные
условия. Расчеты предельного напряженного состояния для по¬
стоянных и переменных условий выполняются для трех подхо¬
дов к проектированию. Предельное напряженное состояние при
аварийных ситуациях также следует проверить, в соответствую¬
щих случаях, но для упрощения эти расчеты в данном примере
не рассматриваются. При использовании прямого метода расчета
предельное эксплуатационное состояние необходимо проверить
расчетами осадок, которые также не рассматриваются в этом
примере.
Описание проблемы
Квадратный отдельный фундамент толщиной 0,5 м, опирае¬
мый на слой слабой глины мощностью 1 м, устроенный ниже
поверхности рельефа, воспринимает центральную постоянную
вертикальную нагрузку (270 кН), а также переменную нагрузку
(70 кН). Расчетные значения свойств грунта приведены на
рис. 6.9. Уровень подземных вод располагается на поверхности.
Для упрощения колонна, опирающаяся на фундамент, не прини¬
мается во внимание.
Рк = 270 КН
Qk = 70 КН
//ЛУ// I
1
/
h2 = 0,5 м
(
\
= 0,5 м
/
ук = 25 кН/м3 ук = 15 кН/м3
\
Свойства грунта: ук = 18кН/м3
Vwater = Ю КН/М5
Yk' = 8 кН/м3
Фк' = 20°
ск' = 5 кПа
сик = 30 кПа
Рис. 6.9. Расчетная схема свойства грунтового основания
140
Глава 6. Фундаменты на естественном основании
Поскольку нагрузка приложена через центр тяжести фунда¬
мента и отсутствует воздействие момента, то эффективные дли¬
на и ширина фундамента будут равны их номинальным значени¬
ям, т.е.
В' = BuL = L; таким образом А = А.
Расчет по предельному напряженному состоянию, исполь¬
зуя аналитические расчеты
Минимальный размер фундамента определяется в каждом под¬
ходе к проектированию.
а) недренированные условия
Анализ выполняется в полных напряжениях.
Подход к проектированию 1, сочетание 2
Требуемое неравенство Vd < Rd проверяется на плите 1,7 х 1,7 м.
Расчетное значение воздействий, включая вес фундамента и
грунтовой засыпки на нем (Gpad k = 1,72 х (0,5 х 18 + 0,5 х 25) =
= 62 кН), получено, используя коэффициенты воздействия из
комплекта А2 табл. АЗ:
= Ус (Л + Gpad, к) + У Q Qk
Vd = 1,0 х (270 + 62) + 1,3 х 70 = 423 кН.
Расчетное значение вертикальной несущей способности рас¬
считывается с использованием уравнения (D1) Приложения D и
частных коэффициентов к параметрам недренированной проч¬
ности из комплекта М2 табл. А.4\ частный коэффициент сопро¬
тивления yR v равен 1,0 согласно R1 табл. А.5.
Rd /А' = (Я + 2)cUi j bc sc ic + qA.
Таким образом:
cu,d= cu,k/Ycu = 30/1,4 = 21,4 кПа
sc = 1,2 (квадратная форма: B'/L' = 1)
bc= 1 (горизонтальное основание и поверхность грунта); ic = 1
(вертикальные нагрузки)
<7d = (У/Уy)(h 1 + h2) = (18/1,0) х (0,5 + 0,5) = 18 кПа
и
Rd /А = (3,14 + 2) х 21,4 х 1 х 1,2 х 1 + 18 х 1,0 = 150 кПа.
Расчетное значение вертикальной несущей способности фун¬
дамента (1,70 м х 1,70 м) будет равно
141
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
Rd = 150x 1,7x 1,7 = 433 кН.
Требование Vd < Rd выполнено, поскольку 423 кН < 433 кН.
Подход к проектированию 1, сочетание 1
Соответствие требованию Vd < Rd проверяется на плите 1,7 х 1,7 м;
по размеру, указанному в сочетании 2.
Расчетное значение воздействий, включая вес фундамента и
грунтовой засыпки на нем, получено, используя коэффициенты
воздействия из комплекта А1 табл. А.З:
Vd = 1,35 х (270 + 62) + 1,5 х 70 = 553 кН.
Расчетное значение вертикальной несущей способности рас¬
считывается с использованием уравнения (D.1) Приложения D
и с применением частных коэффициентов к параметрам недре-
нированной прочности из комплекта М1 табл. А.4; частный ко¬
эффициент сопротивления yR v равен 1,0 согласно R1 табл. А.З.
Таким образом,
cu,d = 30/1,0 = 30 кПа
5С = 1,2 (квадратная форма: B'/L' = 1)
bc= 1 (горизонтальное основание и поверхность грунта); гс = 1
(вертикальные нагрузки)
Ча = (У/УТ)(Л 1 + А2) = (18/1,0) х (0,5 + 0,5) = 18 кПа
и
Rd/A' = (3,14 + 2) х30х 1,2 х 1 х 1 + 18х 1,0 = 203 кПа.
Расчетное значение вертикальной несущей способности фун¬
дамента (1,70 х 1,70 м) будет равно
Rd = 203x1,7x1,7 = 586 кН.
Требование Vd<Rd выполнено, поскольку 553 кН < 586 кН.
Расчетные требования к критическому предельному состоя¬
нию, вызванному разрушением грунта, соблюдены как для соче¬
тания 1, так и для сочетания 2. Расчет по подходу к проектирова¬
нию 1 (DA-1) обуславливается сочетанием 2, поскольку отноше¬
ние Rd/Vd меньше для сочетания 2, чем для сочетания 1.
Эквивалентный детерминированный общий коэффициент на¬
дежности будет равен
OFS = Rk /(Pk + Qk + Gpad ) = 586/(270 + 70 + 62) = 586/402 =
= 1,46
142
Глава 6. Фундаменты на естественном основании
Это значение довольно-таки низкое по сравнению со значени¬
ями, используемыми в общепринятых расчетах.
Подход к проектированию 2
Соответствие требованию Vd < Rd проверяется на плите 2,0 х 2,0 м.
Расчетное значение воздействий, включая вес фундамента и
грунтовой засыпки на нем, получено, используя коэффициенты
воздействия из комплекта А1 табл. АЗ:
Vd = 1,35 х (270 + 86) + 1,5 х 70 = 585 кН.
Расчетное значение вертикальной несущей способности рас¬
считывается с использованием уравнения (D. 1) Приложения Д
в которое вводятся характеристические значения свойств грунта
(коэффициент надежности по материалу ус и равен 1,0 согласно
табл. А.4) и с применением частного коэффициента yR v из ком¬
плекта R2 к расчетному (характеристическому) недренированно-
му сопротивлению (yR v = 1,4 согласно табл. А.5). Таким образом:
си, к = 30 кПа
5С = 1,2 (квадратная форма: В’/L' = 1)
bQ= 1 (горизонтальное основание и поверхность грунта); ic = 1
(вертикальные нагрузки)
qk = 1,0 х 18 = 18 кПа
и
Rk /А = (3,14 + 2) х 30 х 1,2 х 1 х 1 + 18 х 1,0 - 203 кПа.
Поскольку R d = R k /у R v = R k /1,4, расчетное сопротивление
фундамента (А = 2,0 х 2,0 м) становится
Rd = 203x2x2/1,4 = 580 кН.
Требование предельного напряженного состояния по потере
несущей способности грунта V d< Rd может считаться выполнен¬
ным, поскольку 585 кН ^ 580 кН.
Эквивалентный детерминированный общий коэффициент на¬
дежности будет равен: OFS = 812/426 = 1,91.
Подход к проектированию 3
Соответствие требованию Vd < R d проверяется на плите 2,0 х 2,0 м.
Воздействия представлены «воздействиями конструкции».
Их расчетные значения, включая вес фундамента и грунтовой за¬
сыпки на нем, получены, используя коэффициенты воздействия
из комплекта А1 табл. АЗ потому, что все воздействия являются
воздействиями конструкции:
143
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
Vd = 1,35 х (270 + 86) + 1,5 х 70 = 585 кН.
Расчетное значение вертикальной несущей способности рас¬
считывается с использованием уравнения (D. 1) Приложения D
и с применением, частных коэффициентов к параметрам недре-
нированной прочности из комплекта М2 табл. АЛ\ частный ко¬
эффициент сопротивления у R v равен 1,0 согласно комплекту R3
табл. А.5.
Таким образом,
cu>d = cu,k/yCu = 30/1,4 = 21,4 кПа
5С = 1,2 (квадратная форма: В'/П =1)
bc= 1 (горизонтальное основание и поверхность грунта); ic = 1
(вертикальные нагрузки)
qd = (у/уу )(h{ + /г 2 ) = (18/1,0) х (0,5 + 0,5) = 18 кПа
и
RJA = (3,14 + 2) х 21,4 х 1,2 х 1 х 1 + 1,0 х 18 = 150 кПа.
Тогда расчетное значение вертикальной несущей способности
фундамента (2,00 х 2,00 м) будет равно
Rd= 150x2,0x2,0 = 600 кН.
Требование Vd<Rd выполнено, поскольку 586 кН < 600 кН.
Эквивалентный детерминированный общий коэффициент на¬
дежности будет равен: OFS = 812/426 = 1,91.
Сравнение результатов в недренированньис условиях
В табл. 6.2 рассматриваются результаты расчетов по трем подхо¬
дам к проектированию в недренированных условиях.
Таблица 6.2
Результаты для недренированных условий
DA-1
DA-2
DA-3
Размер (м х м)
t,70x1,70
2,00x2,00
2,00x2,00
Эквивалентный
общий коэффициент
1,46
1,91
1,91
надежности
Эквивалентный общий коэффициент надежности, приве¬
денный в подходе к проектированию 1, кажется небольшим по
сравнению со значениями, используемыми в обычной практике.
Но окончательный размер фундамента зависит, кроме того, и от
результата проверки предельного эксплуатационного состояния.
Можно поспорить с утверждением, что в обычной практике тре¬
бования к предельному эксплуатационному состоянию обуслав¬
144
Глава 6. Фундаменты на естественном основании
ливают размер фундамента. Следовательно, результат можно
сравнивать с результатом традиционной (обычной) практики
только тогда, когда проверено предельное состояние по эксплу¬
атационной пригодности. Предельное эксплуатационное состо¬
яние проверяется расчетом осадок или с помощью упрощенного
метода расчета;
6) дренированные условия
Требования предельного напряженного состояния описываются
в эффективных напряжениях. Поскольку любое давление воды
исходит из единственного источника, то к ним применяется один
и тот же коэффициент и они взаимно исключаются. Воздействия,
вызванные весом фундамента и грунтовой засыпкой, представ¬
ляются их эффективными весами. Таким образом, коэффициент
воздействия применяется к эффективному (вес минус архимедо¬
ва сила) весу взвешенного грунта и фундамента. Расчетное зна¬
чение воздействия на грунт задается формулой
'Kl — Yg, неблагYq, пеблаг Qk (Ус, неблаг^ 2 Yk Yg, неблаг Y бетон hi) А.
Значения частных коэффициентов yG неблаг и у^ нсблаг зависят от
принятого подхода к проектированию. В этом уравнении сечение
колонны во внимание не принимается.
Следует отметить, что, используя это уравнение, коэффици¬
ент воздействия неблагоприятных воздействий применяется к
эффективному весу фундамента и грунтовой засыпки; следо¬
вательно, коэффициент воздействия неблагоприятных воздей¬
ствий, кроме того, применяется и к благоприятному давлению
воды. В некоторых случаях это вызывает сомнение, в частности,
когда давление воды играет важную роль в положении равнове¬
сия, а увязка коэффициентами (общего) веса и сил воды требует
отдельного рассмотрения.
Подход к проектированию 1, сочетание 2
Соответствие требованию Vd < Rd проверяется на плите
1,85 х 1,85 м.
Начинаем с сочетания 2, поскольку для вертикальных (и слег¬
ка наклоненных нагрузок) оно при всех обстоятельствах обу¬
славливает размер фундамента.
Расчетное значение воздействий, включая эффективный вес
фундамента и грунтовой засыпки на нем, получено, используя
коэффициенты воздействия из комплекта А2 табл. АЗ:
— Yg, неблаг (-^k G padi fc) + Y()Qk
Vd = 1,0 X (270 + 39) + 1,3 X 70 = 400 кН,
145
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
где
G'pad,k = 1,852 X [(25 - 10) X 0,5 + (18 - 10) х 0,5] = 39 кН.
Расчетное значение вертикальной несущей способности рас¬
считывается с использованием уравнения (D.2) Приложения
D и с применением частных коэффициентов из комплекта М2
табл. АЛ к дренированным прочностным параметрам с' и tg ф';
частный коэффициент сопротивления yR>v равен 1,0 согласно
комплекту R1 табл. А.5.
R d /А- Ч ^ Ц, d^q^q^q.d^- ^,5у В d by i у Sy d- С d Ь c Ic S c d,
в котором
ф',= 16,23° (tgVd = tgVk/i,25)
cd = 5/1,25 = 4 кПа.
Расчетные значения коэффициентов несущей способности и
коэффициентов формы (см. уравнения в Приложении D, вставка
Ф = Ф'Д
/Vq,d = 4,43
Sq d = 1,28
n
II
о
Ьд=1,0
Nrd = 2,00
s =0,7
r
/ =1,0
V
b =1,0
V
WCld= 11,79
Sc. d= 1,36
о
II
о
cr
о
II
О
Эффективное геостатическое давление представлено в виде
qf = yd = 8 х 1,0 = 8 кПа.
Rd /А' = 8 х 4,43 х 1,28 + 0,5 х 1,85 х 2,0 х 8 х 0,7 + 4 х 11,79 х
х 1,36 = 120 кПа.
Расчетное значение вертикальной несущей способности фун¬
дамента (1,85 х 1,85 м) составляет
Rd = 120 х 1,85 х 1,85 = 410 кН.
Требование Vd < Rd выполнено, поскольку 400 кН < 410 кН.
Подход к проектированию 1, сочетание 1
Расчетное значение воздействий, включая эффективный вес
фундамента и грунтовой засыпки на нем, получено, используя
коэффициенты воздействия из комплекта А1 табл. А.З:
Vd = 1,35 х (270 + 39) + 1,5 х 70 = 522 кН.
146
Глава 6. Фундаменты на естественном основании
Расчетное значение вертикальной несущей способности рас¬
считывается с использованием уравнения (D.2) Приложения D и
с применением частных коэффициентов из комплекта М1 (рав¬
ны 1,0) табл. А.4 к параметрам недренированной прочности с' и
tg ф'; частный коэффициент сопротивления yR v равен 1,0 соглас¬
но комплекту R1 табл. А.5.
Расчетные значения коэффициентов несущей способности и
коэффициенты формы получаются использованием ф = ф^ = Ф'ь
с' = с d = с\ и коэффициентов наклона i и Ь, равных 1,0.
Nq, d=6,40
sq,d=1,34
n
II
О
Ьд= 1,0
N,d = 3,93
s =0,7
Y
/ =1,0
У
cr
II
О
Л/с, d= 14,83
s c, d = 1,40
CD
II
о
cr
о
II
о
Эффективное геостатическое давление представлено
Чй = (т/уу)(h\ + h2) = (8/1,0) X (0,5 + 0,5) = 8 кПа.
Rd /А' = 8 х 6,40 х 1,34 + 0,5 х 1,85 х 3,93 х 8 х 0,7 + 5 х 14,83 х
х 1,40 = 193 кПа.
Расчетное значение вертикальной несущей способности фун¬
дамента (1,85 х 1,85 м)
составляет
Rd = 193x 1,85x 1,85 = 660 кН.
Требование Vd < Rd выполнено, поскольку 522 кН < 660 кН.
Расчетные требования предельного напряженного состояния
по потере несущей способности грунта выполнены по обоим со¬
четаниям 1 и 2. Расчет по подходу к проектированию 1 обуслав¬
ливается сочетанием 2.
Следует иметь в виду, что расчетное значение несущей спо¬
собности для сочетания 1 равно характеристическому значению
несущей способности.
Эквивалентный детерминированный общий коэффициент на¬
дежности
OFS = Rk /(Pk + & + Gpad ) = 193 x l,852/(270 + 39 + 70) =
= 660/379 = 1,74.
Подход к проектированию 2
Соответствие требованию Vd < Rd проверяется на плите
1,95 х 1,95 м.
147
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
Расчетное значение воздействий, включая эффективный вес
фундамента и грунтовой засыпки на нем, получено, используя
коэффициенты воздействия из комплекта Л 7 табл. А.З:
Vd = 1,35 х (270 + 44) + 1,5 х 530 кН.
Расчетное значение вертикальной несущей способности рас¬
считывается с использованием уравнения (D.2) Приложения D, в
котором частные коэффициенты из комплекта М1 табл. А.4 при¬
меняются к характеристическим значениям параметров прочно¬
сти с' и tg ф', а частный коэффициент сопротивления из комплекта
R2 табл. А.5 (yR, v = 1Л) применяется к расчетному (характеристи¬
ческому) сопротивлению. Расчетные значения коэффициентов
несущей способности, коэффициентов формы и коэффициентов
наклона равны их характеристическим значениям.
Ч,. к =6,40
Sq.k“ 1.34
II
О
Ьа = 1,0
Л/г к = 3,93
s =0,7
Y
/=1,0
У
Ь =1,0
У
А/с, к= 14,83
sc, к = 1,40
/с= 1,0
сг
о
II
о
Rk /А = 8 х 6,40 х 1,34 + 0,5 х 1,95 х 3,93 х 8 х 0,70 + 5 х 14,83 х
х 1,40 = 194 кПа.
Применив частный коэффициент сопротивления yRv = 1,4 к ха¬
рактеристическому сопротивлению, получаем
Rd /А = 194/1,4 = 139 кПа
Rd = 139 х 1,95 х 1,95 = 529 кН.
Эквивалентный детерминированный общий коэффициент на¬
дежности
OFS = Rk/Vk = Rk /{Рк + Qk - Wk + Gpad ) = 776/(270 + 46 +
+ 70) = 776/386 = 2,01.
Подход к проектированию 3
Соответствие требованию Vd < R d проверяется на плите 2,15 х
х 2,15 м.
Воздействия представлены «воздействиями конструкции».
Их расчетные значения, включая вес фундамента и грунтовой за¬
сыпки на нем, получены, используя коэффициенты воздействия
из комплекта Л 7 табл. А.З:
Vd = 1,35 х (270 + 53) + 1,5 х 70 = 541 кН.
148
Глава 6. Фундаменты на естественном основании
Расчетное значение вертикальной несущей способности
рассчитывается с использованием уравнения (D.2) Приложе¬
ния D и с применением частных коэффициентов из комплекта
М2 табл. А.4 к параметрам дренированной прочности с' и tg ф';
частный коэффициент сопротивления yRv, равен 1,0 согласно
комплекту R3 табл. А.5).
Wq,d = 4,43
Sq d= 1 ,28
n
II
О
6q = 1 ,0
Nr d=2,00
s =0,7
Y
/=1,0
Y
b =1,0
Y
А/с d = 11,79
Sc. d = "I >36
ic= 1,0
cr
о
II
о
Эффективное геостатическое давление q' = y'D = 8 х 1,0 = 8 кПа.
Rd /А' = 8 х 4,43 х 1,28 + 0,5 х 2,15 х 2,0 х 8 х 0,7 + 4 х 11,79 х 1,36
Rd/Ar = 121,5 кПа
i?d = 2,15x2,15x 121,5 = 562 кН.
Требование предельного состояния по потере несущей способ¬
ности грунта Vd<Rd выполнено, поскольку 541 кН < 562 кН.
Эквивалентный общий коэффициент надежности будет равен:
OFS = Rk/Vk = Rk/(Pk + Qk - Wk + Gpad ) = 906/(270 + 70 +
+ 53) = 906/393 = 2,30.
Сравнение результатов для дренированных условий
В табл. 6.3 приводится сравнение результатов.
Таблица 6.3
Результаты дренированных условий
DA-1
DA-2
DA-3
Размер (мх м)
1,85x1,85
1,95x1,95
2,15x2,15
Эквивалентный
1,74
1,92
2,30
общий коэффициент
надежности
Расчет по предельному эксплуатационному состоянию
Поскольку применяется прямой метод расчета, необходимо вы¬
полнить расчет осадок для проверки предельного состояния по
пригодности к эксплуатации. Ввиду того, что отношение несу¬
щей способности грунта в его исходном недренированном состо¬
янии к приложенной эксплуатационной нагрузке меньше 2,5...3
(во всех подходах к проектированию), в EN 1997-1 выдвигает¬
ся требование произвести оценку осадок. Расчет осадок должен
выполняться с использованием сочетаний воздействий по усло¬
виям предельного эксплуатационного состояния с коэффици¬
п. 6.6.2(16)
149
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
ентами воздействия, равными 1,0 (см. EN 1990) и с расчетными
значениями параметров деформирования для дренированных
условий нагружения.
Рассчитанная величина осадки должна сравниваться с пре¬
дельными значениями, установленными для рассматриваемой
конструкции. Расчеты осадок необходимы до определения окон¬
чательного размера фундамента, однако они в документе не пред¬
ставлены.
Расчет конструкции по предельному напряженному состоянию
Расчет прочности конструкции выполняется для фундамента,
размеры которого отвечают требованиям предельного состояния
по потере несущей способности грунта и предельным эксплуа¬
тационным состояниям. Поскольку фундамент является очень
жестким (п. 6.8(2)) по сравнению с грунтом, то можно предполо¬
жить равномерное линейное распределение опорных давлений.
Расчетное значение изгибающего момента представлено:
Md = [adx(В/2)2 ]/2
= [(Vd/£2)(W]/2
=Vd/8,
где ad — расчетное значение опорного давления при предельном
напряженном состоянии, вызванное нагрузкой от колонны.
В табл. 6.4 показаны результаты расчета по всем трем подхо¬
дам к проектированию.
Требуемое армирование определяется с использованием
EN 1992.
Таблица 6.4
Результаты расчета конструкции по условиям критически
предельного состояния по трем подходам
к проектированию
Подход
к проектированию (DA)
Vd, кН
Размер
плиты, м
Md, кН м/м
DA-1
470
1,85
59
Сочетание 1
361
1,85
Лишнее
Сочетание 2
470
1,95
59
DA-2
470
1,95
59
DA-3
470
2,15
59
150
Глава 6. Фундаменты на естественном основании
Пример 6.2: расчет фундамента на естественном основании
по условиям предельного напряженного состояния
для конструкции башенного типа
Вводная часть
В настоящем примере излагается порядок расчета фундамента с
помощью простого метода расчета и анализа по условиям пре¬
дельного напряженного состояния, приведенного в Приложении
D. Расчет несущей способности по условиям предельного напря¬
женного состояния выполняется для постоянных и переменных
расчетных ситуаций, используя три подхода к проектированию.
Проверка предельного эксплуатационного состояния должна
выполняться путем расчета осадок и колебаний фундамента; од¬
нако эти расчеты не представлены в данном примере.
Описание проблемы
На фундаменте, показанном на рис. 6.10, установлена высокая,
легкая конструкция (например, ветряная мельница или труба),
подвергаемая значительной переменной горизонтальной нагруз¬
ке. Момент, вызванный горизонтальной нагрузкой, приложен к
конструкции в точке, находящейся в 10 м выше верхней части
квадратного отдельного фундамента. Фундамент располагается
на глубине 2 м и опирается на сухой песок средней плотности
/
N
\
h = 10 м
Gvk = 600 кН
)
\
Ч
2м
/
Yconcrete=24.5 КН/М3
Свойства грунта: у' = 20 кН/м3
Ф' = 35°
ск' = 0 кПа
Ф cv, к = 30 °
Рис. 6.10. Геометрия, воздействия и свойства грунта
(рассматривается пример высокой, легкой конструкции)
151
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
и слой гравия, показатели прочности которого: ф'к=35° и с'к=0 кПа.
Значение критического состояния (постоянная величина) угла
сопротивления сдвигу ф'СУ)к= 30°. Расчетные значения постоян¬
ных и переменных воздействий и точки, на которые эти воз¬
действия прилагаются, показаны на рисунке. Выбрано низкое
значение удельного веса бетона, поскольку постоянный вес, по-
видимому, окажется благоприятным.
Таблица 6.5
Характеристические и расчетные значения воздействий по
различным подходам к проектированию (вес фундамента
исключается). Применяются рекомендуемые значения
частных коэффициентов, указанных в табл. А.З
Воздей¬
ствие
Характе-
ристич.
значение
воздей¬
ствия,
кН
Сим¬
вол
DA-1,
сочетание 1,
комплект А1
DA-2, DA-3
DA-1,
сочетание 2:
комплект А2
Кнеблагоп
риятное
^благоприятное
Цнеблагоп
риятное
Части.
К
Расч.
на¬
груз¬
ка
Части.
К
Расч.
на¬
грузка
Части.
К
Расч.
на¬
груз¬
ка
Постоян¬
ное
Верти¬
кальное
Gv к= 600
Yg
1,35
810
1,0
600
1,0
600
Перемен¬
ное
Верти¬
кальное
Горизон¬
тальное
Qv,k = 0
Oh, к = 300
Yq
Yq
1.5
1.5
0
450
0
1,5
0
450
1.3
1.3
0
390
Частные коэффициенты и расчетные значения показаны в та¬
блице для подходов к проектированию Da-1, Da-2 и DA-3. Из¬
вестно заранее, что если вертикальное воздействие Gv k и вес
фундамента благоприятны или неблагоприятны для несущей
способности, то два значения yG в комплекте А1 будут рассма¬
триваться в DА-1, сочетание 1, DA-2 и DA-3. Расчетная ситуация,
где yG= 1,35 применяется к вертикальным воздействиям, будет
называться << ^неблагоприятное^.
Расчет по предельному напряженному состоянию
Подход к проектированию 1
Вертикальная несущая способность
Фундамент, имеющий размер В х L = 5,6 м х 5,6 м (значение его
веса Gpad>k = 1537 кН), проверяется для сочетания 1 и 2. Расчет¬
ные значения воздействий, параметры грунта, коэффициенты
152
Глава 6. Фундаменты на естественном основании
несущей способности, коэффициенты формы и коэффициенты
наклона показаны в табл. 6.6. Поскольку подошва фундамента
и поверхность грунта горизонтальны, коэффициенты наклона Ь
равны 1,0. Для сочетания 1 следует учитывать постоянные вер¬
тикальные воздействия — как благоприятные, так и неблагопри¬
ятные. Это не обязательно для сочетания 2, поскольку постоян¬
ные воздействия умножаются на частный коэффициент yG = 1,0.
Таблица 6.6
Расчет для подхода к проектированию DA-1,
СОЧетаНИЯ 2 И 1 , ^^благоприятное** ^ ц^неблагоприятное**
Расчетное значение
DA-1,
DA-1,сочетание 1
сочетание 2
^ благоприятное
^неблагоприятное
Размер фундамента
BxL, м2
5,6x5,6
5,6x5,6
5,6x5,6
Gpad, d, кН
1537
1537
2075
Gd)KH
600
600
810
Vd, кН
2137
2137
2885
Hd, кН
390
450
450
Md = Hd x 12 м, кН м
4680
5400
5400
i = Hd/Vd
0,182
0,210
0,156
ed = Md/Vd) м
2,19
2,53
1,87
e' = 2x(B/2-ed),M
1,22
0,54
1,85
А'=ВЧ, м2
6,83
3,02
10,36
B'/L
0,22
0,10
0,33
Фб> °
29,3
35
35
c'd, кПа
0
0
0
у', кН/м3
20
20
20
q', кПа
40
40
40
Nq,d
17,00
33,30
33,30
W.d
17,96
45,23
45,23
Wc.d
He нужно
He нужно
He нужно
^ q, d
1,108
1,057
1,189
sr.d
0,93
0,97
0,90
Sc, d
He нужно
He нужно
He нужно
m в
1,82
1,91
1,75
1 q, d
0,69
0,52
0,74
'r-
0,57
0,50
0,63
^c, d
He нужно
He нужно
He нужно
Rd/A\ кПа
520 + 117 =
725 + 122 =
1176 + 472 =
= 637
= 847
= 1648
Rd кН
4330
2557
1790
Rd/vd
2,03
1,19
5,92
Vd /А\ кПа
313
707
278
Рекомендуемые значения частных коэффициентов взяты
из табл. АЛ. (сочетание 2, комплект М2, уф = 1,25; сочетание 1,
комплект М1, уф = 1,0 и из табл. А.5 (комплект R1, yRv = 1,0). Для
всех случаев, рассмотренных в настоящем примере, выполнено
основное требование Vd<Rd. Сочетание 1 с постоянными верти-
153
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
кальными воздействиями, определёнными как благоприятные,
считается критическим случаем, обуславливающим размеры
фундамента 5,6 м х 5,6 м. Требуемый минимальный размер фун¬
дамента для сочетания 2 составляет 5,4 м х 5,4 м. Следователь¬
но, сочетание 1 является в небольшой степени критическим для
определения размера фундамента (т.е. критическим для геотех¬
нической устойчивости).
Сопротивление сдвигу
п. 6.5.3(10) При определении сопротивления скольжению/сдвигу применя¬
ется значение угла сопротивления сдвигу при постоянном объ¬
еме ф cVlk. В данном примере пассивное сопротивление перед фун¬
даментом не учитывается. Квадратный фундамент со стороной
5,6 м проверяется на сопротивление сдвигу и для сочетаний 2 и 1.
DA-1, сочетание 2. Рекомендуемое значение у ф = 1,25, указан¬
ное в комплекте М2 табл. АЛ, применяется к ф'СУ к. Для квадрат¬
ного фундамента со стороной 5,6 м расчетное значение сопротив¬
ления сдвигу задаётся формулами:
*Н. d = [YG^ktg^cv, к )/Уф ]/YR, h =
= (1,0 X 2137 X tg 30°/1,25)/1,0 = 996 кН.
Hd = 1,3x300 = 390 кН.
Расчет соответствует требованиям, поскольку Hd < Rd н.
DA-1, сочетание 1. Случай «^благоприятное»* несомненно, обу¬
славливает расчет. Рекомендуемое значение уф = 1,0, указанное
в комплекте М1 табл. А.4, применяется к фСУ к. Для квадратного
фундамента со стороной 5,6 м расчетное значение сопротивле¬
ния сдвигу задается формулами:
£H,d = (Vd 1§фСУ)С1 )/yR)h= (2137 X tg 30°)/1,0 = 1136 кН
Hd = 1,5x300 = 450 кН.
Расчет соответствует требованиям, поскольку Hd < Rd H.
Требования предельного состояния по потере несущей спо¬
собности грунта выполнены для обоих сочетаний 1 и 2.
Подход к проектированию 2
Несущая способность
Расчет с помощью подхода к проектированию 2 (DA-2) может
быть выполнен двумя способами:
1. DA-2 — путем увязки воздействий коэффициентами у их ис¬
точника и расчетом несущей способности, используя увязанные
коэффициентами значения воздействий. Таким образом, рас-
154
Глава 6. Фундаменты на естественном основании
четные значения эксцентриситета и наклона нагрузки зависят
от расчетных значений воздействий.
2. DA-2* — путем увязки результатов воздействий коэффициен¬
тами и расчетом несущей способности, используя характери¬
стические значения воздействий. Таким образом, расчетные
значения эксцентриситета и наклона нагрузки зависят от не-
увязанных (характеристических) значений воздействий.
В первом расчете необходимо предусмотреть два случая:
1) наличие постоянных вертикальных воздействий, рассматрива¬
емых как благоприятные; 2) наличие воздействий, считающихся
неблагоприятными. Во втором расчете должен рассматриваться
только случай, когда воздействия считаются неблагоприятными,
поскольку другой случай не подлежит рассмотрению.
Квадратный фундамент с размерами 5,65 х 5,65 м (харак¬
теристическое значение веса Gpad) k = 1564 кН) и 4,8 м х 4,8 м.
(1129 кН) определены расчетами 1 и 2 соответственно. Расчет¬
ное значение несущей способности получено для обоих расчетов
путем применения частного коэффициента yRv к R/А. Рекомен¬
дуемое значение коэффициента сопротивления 1,4 применяется
согласно указанному в комплекте R2 табл. А.5. Значения, ис¬
пользуемые в расчетах, показаны в табл. 6.7.
Обсуждение. При выполнении второго расчета (т.е. путем рас¬
чета эксцентриситета воздействий, коэффициентов наклона и,
следовательно, Rk, используя характеристические значения воз¬
действий) предполагается, что результирующая сила действует
вне середины двух третей фундамента (е = 2,08 м > В/3 = 1,6).
Фундамент потеряет контакт с грунтом более чем на половине
своей ширины под воздействием полезной нагрузки. Принято
(хотя в EN 1997-1 это не требуется) ограничивать эксцентри¬
ситет, в некоторой степени, согласно характеристическим зна¬
чениям воздействий. Например, если потребуется, чтобы менее
половины фундамента потеряло контакт с грунтом, ширина фун¬
дамента должна быть, как минимум, 6,24 м.
Сопротивление сдвигу
При определении сопротивления сдвигу применяется угол сопро¬
тивления сдвигу при постоянном объеме, ф 'cv В данном примере
пассивное сопротивление перед фундаментом не учитывается.
п. 6.5.4(1)Р
155
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
Таблица 6.7
Расчеты по подходу к проектированию DA-2.
Rd рассчитывается с помощью расчетных значений
воздействий (колонки 2 и 3) и характеристических значений
воздействий(колонка 4
Расчетные
значения
Расчет 1
(увязка воздействий коэф¬
фициентами у их источника:
R рассчитывается с помо¬
щью расчетных значений
воздействий)
Расчет 2
(увязка результа¬
тов воздействий
коэффициентами:
Я рассчитывается
с помощью харак¬
^благоприятное
^неблагоприятное
теристических зна¬
чений воздействий:
DA-2*)
1
2
3
4
Размер фунда¬
мента BL, м2
5,65x5,65
5,65x5,65
4,80x4,80
Gpad.d. кН
1564
2112
Gpad, к — 11 29
G d, кН
600
810
Gk = 600
Ki = Gpad.d + G d, КН
2164
2922
\/к = 1729, Vd = 2334
Hd, кН
450
450
Нк = 300, Hd = 450
Md = Hdx12M,
кН м
5400
5400
Мк = 3600
l = Hd/Vd(~)
0,208
0,154
Hk/Vk=0,U3
ed = Md/Vd, м
В’ = 2 х (В/2 -
2,50
1,85
ek = Mk/Vk= 2,08
-ed), м
0,65
1,95
0,64
А' = B'L, м2
3,67
11,04
3,05
B'/L (-)
0,12
0,35
0,13
<l>'d. °
35
35
35
c'd, кПа
0
0
0
Y, кН/м3
20
20
20
q\ кПа
40
40
40
Nq, d(-)
33,30
33,30
33,30
A/y,d (-)
45,23
45,23
45,23
< d(-)
Не нужно
Не нужно
Не нужно
Sq, d ( —)
1,069
1,189
Sq, к = 1 ,08
S d(-)
0,96
0,90
s к= 0,96
SYc,d(-)
Не нужно
Не нужно
Йе нужно
™b(")
1,89
1,75
1,88
^q, d ( —)
0,64
0,743
iq, к = 0,70
'dH
0,51
0,627
/ к=0,58
4 d(-)
Не нужно
Не нужно
Не нужно
Rd /А\ кПа
(911 + 144)/1,4
(1176 +
1006 +161 )/1,4 =
= 753
472)/1,4 =
= 1178
= 833
fid, кН
2763
13005
2540
Rd/vd(-)
1,27
4,45
1,09
Vd/A', кПа
707
265
760
В первом расчете, когда воздействия увязываются коэффици¬
ентами у их источника, случай «Ублагоприятное», несомненно, обу¬
славливает расчет. Рекомендуемое значение для частного коэф¬
фициента сопротивления yRh приведено в комплекте R1 табл. А 5.
Расчетное значение сопротивления сдвигу задается формулами:
156
Глава 6. Фундаменты на естественном основании
Дни = (Vdtg фСУ>к)/ук,ь= 1,0 X (1564 + 600) X tg 3071,1 =
= 1363 кН;
Hd = 1,5x300 = 450 кН.
Расчет соответствует требованиям, поскольку Hd < RH d.
Во втором расчете, где результаты воздействий увязываются
коэффициентами,
*H.d = (Vktg фСУ,к)/у R)h =(1129 + 600) X tg 3071,1 = 907 кН,
Hd = yQHk = 1,5 X 300 = 450 кН.
Вновь расчет соответствует требованиям, поскольку Hd < RHtd.
Подход к проектированию 3
Вертикальная несущая способность
Квадратный фундамент, имеющий размеры 5,7 х 5,7 м (харак¬
теристическое значение его веса Gpad к= 1592 кН), проверяется
по подходу к проектированию DA-3. Расчетные значения воз¬
действий, параметры грунта, коэффициенты несущей способно¬
сти, формы и наклона приведены в табл. 6.8. Необходимо рас¬
смотреть и учесть постоянные вертикальные воздействия и как
^^благоприятное», ^ Как <<^неблагоприятное»*
Рекомендуемые значения частных коэффициентов надежно¬
сти по материалу и сопротивлений взяты из табл. А.4 (комплект
М2, уф = 1,25) и А.5 (комплект R3, yRv = 1,0).
Сопротивление сдвигу
При определении сопротивления сдвигу применяется угол со¬
противления сдвигу при постоянном объеме, ф' cv Рекомендуе¬
мое значение коэффициента прочности у ф = 1,25, приведенное в
комплекте М2 табл. А.4, применяется к ф'СУ, к. В данном примере
пассивное сопротивление перед фундаментом не учитывается.
Несомненно, случай «^благоприятное» обуславливает расчет. Для
квадратного основания расчетное значение сопротивления сдви¬
гу задаётся формулами:
ДН) d — (Ув, fav^ktg Фс%к/У ф)УR,h
= (1,0 X 2119 X tg 30yi,25)/l,0 = 1022 кН;
Hd = yQHk = 1,5 X 300 = 450 кН.
Расчет соответствует требованиям, поскольку Hd < RH d.
157
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
Таблица 6.8
Расчеты по подходу к проектированию DA-3
Расчетное значение
^благоприятное
^неблагоприятное
Размер фундамента BL, м2
5,7 x 5,7
5,7x5,7
Gpad, d, кН
1592
2149
Gd, кН
600
810
Vd, кН
2192
2959
Hd, кН
450
450
Md = Hdx 12 м, кНм
5400
5400
i=Hd/Vd(~)
0,205
0,152
ed = Md /Vd, м
2,46
1,83
B' = 2x(B/2 — ed ), м
0,77
2,05
A' = B'L, m2
4,41
11,68
В7Ц-)
0,14
0,36
Ф 'd(’)
29,3
29,3
c'd, кПа
0
0
у', кН/м3
20
20
q', кПа
40
40
A/q>d(-)
17,00
17,00
NrA-)
17,96
17,96
A/C,d(-)
He нужно
He нужно
^q, d ( —)
1,07
1,18
srd(-)
0,96
0,89
$с, d (—)
He нужно
He нужно
mB{~)
1,88
1,74
^q, d ( —)
0,65
0,75
Vd(-)
0,52
0,64
^c, d ( —)
He нужно
He нужно
Rd /А\ кПа
470 + 68 = 539
602 + 210 = 812
Bd, кН
2325
9483
njvd(-)
1,06
3,20
Vd /А', кПа
500
253
Эксцентриситет нагрузки
п. 6.5.4 Выяснено, что для всех трех подходов к проектированию, при
большом эксцентриситете, принятом для данного примера, не¬
большое увеличение горизонтальной силы, действующей на кон¬
струкцию (следовательно, и увеличение момента), приведет к
опрокидыванию фундамента. Необходимо соблюсти требуемые
размеры фундамента, чтобы предусмотреть возникновение та¬
кой или другой непредвиденной ситуации. Во всех трех подходах
к проектированию говорится, что на устойчивость очень сильно
158
Глава 6. Фундаменты на естественном основании
влияет даже незначительное уменьшение (несколько сантиме¬
тров) размеров фундамента. Поэтому в EN 1997-1 определяется,
что если расчетная нагрузка приложена вне середины двух тре¬
тей фундамента, то необходимо предусмотреть конструктивные
допуски. Обычно в такой ситуации требуется, чтобы размеры В'
и L' увеличивались на 0,1 м.
Предельное напряженное состояние, вызываемое деформациями
грунта
Если расчетное воздействие приложено внецентренно, а рас¬
сматриваемая конструкция представляет собой высокое соору¬
жение, следует определить влияние второго порядка вращения
фундамента; вследствие колебаний, вертикальная нагрузка также
становится внецентренной. Эксцентриситет, вызванный расчет¬
ными значениями вертикальной нагрузки, должен объединяться
с эксцентриситетом, обусловленным горизонтальной нагрузкой.
Если объединенный эксцентриситет становится значительным,
следует повторить проверку по предельному напряженному со¬
стоянию по несущей способности, вызванной повышенным экс¬
центриситетом.
Расчет по предельному эксплуатационному состоянию
В связи со значительным эксцентриситетом нагрузки насто¬
ятельно рекомендуется определить перемещения. Колебание
фундамента и последующее горизонтальное смещение, особенно
верхней части конструкции, необходимо проверить и сравнить
с допустимыми значениями по эксплуатационной пригодности.
Расчеты деформаций должны выполняться с использованием ха¬
рактеристических значений параметров деформирования грунта
и воздействий.
Расчет конструкции по предельному напряженному
состоянию
Расчеты сечений фундамента требуют допущения распределе¬
ния опорных давлений по условиям предельного напряженного
состояния, учитывая площадь грунта, над которой фундамент
потерял контакт с грунтом в результате значительного эксцен¬
триситета воздействия.
Для подхода к проектированию DA-1 применяется сочетание 1.
159
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
Пример 6.3: метод проектирования, основанный
на косвенном методе расчета с использованием
результатов прессиометрических испытаний
Введение
п. 6.4(5)Р В этом примере показан расчет фундамента с помощью косвен¬
ного метода и рекомендуемой полуэмпирической модели для
определения несущей способности, исходя из результатов прес¬
сиометрических испытаний; метод излагается в Приложении Е.
Это приложение необходимо дополнить значениями прессиоме-
трического коэффициента несущей способности kp для фунда¬
ментов на естественном основании, данными в EN 1997-2, При¬
ложение С1.
Проектирование фундаментов на естественном основании с
использованием полуэмпирических правил включает в себя зна¬
чительную часть накопленного опыта; например, использование
результатов прессиометрических испытаний, опыт которых осно¬
ван на работах французских проектировщиков (Франк, 1999 г.).
В косвенном методе расчета правило подходов к проектиро¬
ванию не применяется, поскольку проверка основывается на на¬
грузках по условиям предельных эксплуатационных состояний.
Описание проблемы
Квадратные плиты (приблизительные размеры 2 х 2 м, глубина
1 м, толщина 0,5 м, покрыты грунтом обратной засыпки толщи¬
ной 0,5 м, т.е. Gk = 84 кН), уложены на песке средней плотно¬
сти и являются фундаментом сборного, гибкого промышленного
здания. Уровень грунтовых вод находится ниже уровня подошвы
фундамента. Удельный вес у грунта равен 18 кН/м3. Нагрузки
действуют вертикально, проходя через центры плит. Характери¬
стические значения постоянных и переменных нагрузок равны
Gk= 1600 кНи(2к=300 кН.
Выполнены четыре прессиометрических испытания с равно¬
мерным распределением точек испытания по строительной
площадке. Исходя из Приложения Cl EN 1997-2, значение не¬
сущей способности дается в виде (кроме того, см. Приложение Е
EN 1997-1)
Я/А = av0 + £pP*ie ’
где av0 — общее начальное вертикальное напряжение, действую¬
щее на уровне фундамента: av0 = Dy\ kp — коэффициент несущей
способности. В данном примере песок представлен типом «В»,
а kp = 1; р*]с — эквивалентное (характеристическое) давление у
основания фундамента, рассчитанное путем сглаживающей
160
Глава 6. Фундаменты на естественном основании
процедуры (например, см. Франк, 1999 г.) и оценки характе¬
ристических значений прессиометрических испытаний, полу¬
ченных по результатам четырех испытаний. В данном примере
р*1е= 1,1 МПа.
Проектирование с помощью косвенного метода
Косвенный метод расчета предполагает использование сопоста¬
вимого опыта; при этом в одном расчете рассматриваются и пре¬
дельное эксплуатационное состояние, и предельное напряженное
состояние. В настоящем примере используется полуэмпириче-
ское правило, изложенное в Приложении Е, для определения не¬
сущей способности, исходя из результатов прессиометрических
испытаний. Сопоставимый опыт, определенный в отношении на¬
грузок по условиям предельного эксплуатационного состояния,
предусматривает, что расчет отвечает требованиям и предельно¬
го напряженного состояния, и предельного эксплуатационного
состояния, если отношение фактической несущей способности к
сочетанию эксплуатационной нагрузки превышает 3,0. Косвен¬
ный метод расчета становится идентичным упрощенному методу
определения условий пригодности к эксплуатации.
Характеристическое значение эквивалентного предельного
состояния составляет 1,1 МПа. Характеристическое значение
несущей способности составляет:
Rk/A = 18 + 1,2 х 1100 = 1338 кПа.
Наиболее неблагоприятной нагрузкой, прилагаемой по усло¬
виям эксплуатационной пригодности, принятой в настоящем
примере, считается характеристическое сочетание (см. EN 1990,
п. 6.5.3, и табл. А1 А)\
Ук = 1600 + 84 + 300 = 1984 кН.
Принятие отношения Rk/Vk = 3,0 для косвенного метода рас¬
чета ведет к требуемому размеру фундамента:
А > 1984/(1338/3,0) = 4,45 м2.
Таким образом, квадратный фундамент 2,10x2,10м соответ¬
ствует требованиям.
Следует обратить внимание на то, что при применении кос¬
венного метода расчета не определяются деформации основания,
поэтому фактический запас надежности по условиям критически
предельного состояния остается неизвестным.
п. 6.4(5)Р
161
глава 7
Свайные фундаменты
В этой главе рассматриваются вопросы проектирования свайных
фундаментов. Этот материал излагается в разделе 7 EN 1997-1 с
указанием значений частных коэффициентов, взятых из Приложе¬
ния А. Порядок изложения материала в настоящей главе соответ¬
ствует порядку изложения материала в разделе 7:
7.1. Общие положения Пункт 7.1
7.2. Предельные состояния Пункт 7.2
7.3. Воздействия и расчетные ситуации Пункт 73
7.4. Методы расчета и общие положения Пункт 7.4
проектирования
7.5. Испытания несущей способности свай нагрузкой Пункт 73
7.6. Сваи, нагруженные осевой нагрузкой Пункт 7.6
7.7. Поперечно нагруженные сваи Пункт 7.7
7.8. Расчет конструкции свай Пункт 7.8
7.9. Надзор за строительством Пункт 7.9
Раздел 7 считается одним из разделов EN 1997-1, в котором да¬
ются наиболее содержательные рекомендации и инструкции по вы¬
полнению проектирования и расчетов.
Основное внимание в разделе 7 уделяется работе свайных фун¬
даментов при воздействии осевых (вертикальных) нагрузок. Со¬
вершенно очевидна важность испытаний статической нагрузкой,
являющихся основой для проектирования свайных фундаментов.
В этом же разделе представлена инновационная концепция, срав¬
ниваемая с традиционными концепциями строительства свайных
фундаментов: использование коэффициентов корреляции £ для
получения значений прочностей на сжатие и растяжение свай, ис¬
ходя из результатов как статических испытаний свай, так и других
полевых испытаний (сопротивление сжатию: см. пп. 7.6.2.2(8)Р и
п. 7.6
п. 74.1(1 )Р
п.'7.6.2.2(8)Р
163
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
п. 7.6.2.3(5)Р
п. 7.1(1 )Р
п. 7.1(2)
п. 7.1(3)Р
п. 7.2(1 )Р
7.6.2.3(5)Р соответственно). В обоих случаях коэффициент корре¬
ляции ^ в основном зависит от количества проводимых испытаний,
будь то испытания свай нагружением или профили испытания
грунтового основания.
7.1. Общие положения
В разделе 7 EN 1997-1 рассматриваются все виды свай, вне зависи¬
мости от способа их установки (забивка, вдавливание домкратом,
завинчивание или бурение ствола с заливкой раствора или без за¬
ливки), а также их прогнозируемая работа (нагрузки на концевую
опору, силы бокового трения).
Сваи предназначаются для восприятия нагрузок, возникающих в
результате воздействия конструкции. Хотя микросваи подробно не
рассматриваются в разделе 7, подразумевается, что его положения
относятся и к этим сваям в соответствующих случаях. Это касается
и баррет, и панелей стен в грунте или шпунтовых свай, если они
установлены под конструкцией и воспринимают нагрузку своими
оголовками (вертикальную или горизонтальную). Если сваи ис¬
пользуются только для уменьшения осадки фундаментов на есте¬
ственном основании или сплошных фундаментов (зачастую такие
сваи называются «ползучими» сваями), то положения этого разде¬
ла непосредственно к таким сваям не относятся. Это объясняется
тем, что общий коэффициент надежности таких свай, относительно
сопротивления разрушению, может быть намного меньше коэффи¬
циента надежности обычных свай, обеспеченных таким сопротив¬
лением разрушению, каким обладают фундаменты на естественном
основании или сплошные фундаменты.
Предполагается, что сваи устанавливаются согласно требовани¬
ям соответствующих стандартов. Такие стандарты уже утверждены
Техническим комитетом 288 Европейского комитета по стандарти¬
зации (CEN/TC 288) или будут утверждены в ближайшем будущем
(см. табл. 1.1).
7.2. Предельные состояния
При проектировании свайного фундамента необходимо рассмо¬
треть и учесть ряд предельных состояний. В п. 7.2(1 )Р приведен
перечень одиннадцати наиболее применимых предельных состоя¬
ний, обязательных для рассмотрения в ходе проектирования свай¬
ных фундаментов. В этом перечне не предусматриваются расчеты и
проверки всех указанных предельных состояний. Первые семь пре¬
дельных состояний представляют собой обычные режимы разру¬
шений: либо геотехнических, либо конструктивных, следовательно,
являются предельными напряженными состояниями. Что касается
164
Глава 7. Свайные фундаменты
оставшихся четырех предельных состояний, то следует отметить,
что чрезмерные перемещения (осадка, выпор сваи и поперечные
перемещения) могут привести к возникновению предельного со¬
стояния по эксплуатационной пригодности или к предельному на¬
пряженному состоянию надфундаментной конструкции, в то время
как неприемлемый уровень вибраций может вызвать предельное
состояние по эксплуатационной пригодности (общее определение
предельных состояний дано в главе 3 Руководства для проектиров¬
щиков, EN1990, или в главе 2 настоящего Руководства).
7.3. Воздействия и расчетные ситуации
При проектировании свайного фундамента необходимо рассматри¬
вать и учитывать воздействия, указанные в п. 2.4.2(4). Выбор воз¬
действий, обязательных для рассмотрения, зависит от типа свайно¬
го фундамента и от конкретной расчетной ситуации.
Для свайных фундаментов постоянные и переменные нагруз¬
ки, оказываемые надфундаментными конструкциями, различные
дополнительные нагрузки и нагрузки от транспортных средств, а
также от перемещения грунта являются наиболее частными воздей¬
ствиями, обязательными для учета.
Как правило, свайные фундаменты исследуются отдельно на
предмет воздействия осевых (обычно вертикальных) и поперечных
(обычно горизонтальных) нагрузок.
Воздействия, вызываемые движением грунта
Воздействия, вызываемые перемещением грунта, присущи свай¬
ным фундаментам, а взаимодействие грунт-свая, обусловленное
такими перемещениями, обычно включено в расчет и усложняет
выполнение анализа. Типичными перемещениями грунта, обяза¬
тельными для рассмотрения и учета, являются:
• вертикальные осадки, вызывающие отрицательное трение по
стволу сваи;
• перемещения грунта вверх, вызывающие выпор сваи;
• горизонтальные перемещения грунта, вызывающие поперечные
нагрузки.
Большинство методов проектирования свай, располагаемых в
грунте и подвергаемых смещениям, основаны на значении воздей¬
ствия, определенного другими расчетами. Чтобы перестраховаться,
следует выбирать максимальные значения жесткости или сопро¬
тивления грунта. Фактически верхние значения приведут, в боль¬
шинстве случаев, к оценке неблагоприятных воздействий на сваи,
вызванных перемещениями грунта.
п. 7.3.1
п. 2.4.2(4)
п. 7.3.2.1(1 )Р
п. 7.3.2.2
п. 7.3.2.3
п. 7.3.2.4
п. 7.3.2.1(2)
165
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
п. 7.3.2. ЦЗ)Р Согласно Еврокоду 7, должен применяться один из указанных
двух методов расчета:
• при расчетах перемещение грунта принимается за воздействие и
выполняется анализ этого взаимодействия; именно в этом случае
применяются методы расчета, основывающиеся на функциях пе¬
редачи нагрузки, таких как кривые t-zwp-y (гиу — относитель¬
ное смещение сваи по отношению к грунту). Абсолютное значе¬
ние перемещения грунта вводится в самом начале расчета в виде
поправки к перемещению 2 или у (Алонсо (Alonso) и др., 1984 г.);
• или нагрузка на сваю, вызванная перемещением грунта, прини¬
мается за воздействие. Это значение должно быть верхней грани¬
цей величины характеристики.
Следует иметь в виду, что частные коэффициенты надежности
по материалу и сопротивления, приведенные в Приложении А, дают
нижние (консервативные) расчетные значения. Они не предназна¬
чены для получения высоких (неконсервативных) расчетных зна¬
чений, таких как значения, необходимые в случаях, когда нагрузки,
действующие на сваи, вызваны перемещениями грунта (например,
отрицательное поверхностное трение сваи). Этот вопрос не рас¬
крывается в EN 1997-1, но для такой расчетной ситуации авторы
настоящего Руководства рекомендуют в Приложении А, чтобы част¬
ные коэффициенты надежности по материалу и сопротивления, на¬
пример, Уф, рассматривались в качестве частных коэффициентов
воздействий, а нагрузка отрицательного поверхностного трения
(геотехническое воздействие) умножалась бы, а не делилась на зна¬
чения этих коэффициентов (см. пример 7.4).
Отрицательное поверхностное трение (отрицательное трение)
п. 7.3.2.211)Р Обычный консервативный способ расчета свай, подвергаемых отри-
п. 7.3.22(3) цательному поверхностному трению, заключается в оценке макси¬
мально возможного (длительного) его значения. Пример свайного
фундамента, рассчитанного с помощью трех подходов к проектиро¬
ванию, изложенных в Еврокоде 7, и учитывающего максимальную
нагрузку отрицательного трения, приведен в примере 7.4.
пп. 7.32.2(4)- Применение максимально возможного значения нагрузки отри-
7.32.2(6) цательного трения может привести к очень консервативным и даже
нереальным расчетам, особенно в тех случаях, когда осадки грунта
малы и/или сжимаемый слой имеет большую мощность. В таких
случаях следует выполнить тщательный анализ взаимодействия
системы грунт-свая. Цель такого анализа — оценка, в частности,
«нейтральной точки» в сжимаемом слое, определяющей глубину,
на которой перемещение сваи вниз равняется перемещению грунта
вокруг сваи вниз; следовательно, сила, действующая между грун¬
том и стволом сваи прекращает быть воздействием на сваю, направ¬
166
Глава 7. Свайные фундаменты
ленным вниз, и начинает становиться сопротивлением смещению
сваи вверх. Как указано выше, процедура расчета с использованием
«кривых t—z», в которой профиль перемещения грунта является
входным значением, хорошо подходит к расчетам, приведенным в
п. 7322(6).
Выпор сваи
Что касается выпора, то в EN 1997-1 предусматривается, чтобы
перемещения грунта, направленные вверх, рассматривались в виде
воздействия. При этом необходимо выполнить анализ взаимодей¬
ствий. Это вызвано тем, что указанные перемещения, как правило,
незначительны, чтобы их рассматривать.
Поперечное нагружение свай
Встречаются различные ситуации, когда сваи подвергаются попе¬
речному нагружению в результате перемещений грунта. Расчетные
ситуации, обязательные для рассмотрения и учета в случае возник¬
новения поперечного нагружения, изложены в п. 7.32.4(2). Харак¬
терным примером таких типов нагружений являются мостовые
опоры на сваях.
Еврокод 7 дает рекомендации по выполнению анализа взаимо¬
действия системы грунт-свая в случае появления поперечного на¬
гружения. Такой анализ выполняется с помощью теории балок на
линейных и нелинейных опорах и горизонтального модуля реакции
основания или обобщенных кривых р-у (см. п. 7.7).
7.4. Методы расчета и общие положения
проектирования
Как уже отмечено выше, методики расчета, принятые в Еврокоде 7
и предназначенные для проектирования свай, почти все долж¬
ны, прямо или косвенно, основываться на результатах испытаний
свай статическим нагружением. Конечно же, это тот случай, когда
результаты испытания статической нагрузкой, выполненного на
конкретной рабочей площадке, формируют основу проектирова¬
ния. Кроме того, в этом случае применяются расчетные методы, на¬
дежность которых должна основываться на результатах испытаний
статической нагрузкой, полученных в сопоставимых ситуациях;
при выполнении испытания динамической нагрузкой надежность
расчетных методов должна быть подтверждена испытанием стати¬
ческой нагрузки в сопоставимых ситуациях. Одно значительное ис¬
ключение состоит в следующем: когда применяется метод расчета,
основывающийся на опытной работе сопоставимых свайных фун¬
даментов, необходимо, чтобы расчет был подкреплен результатами
полевых испытаний и исследований.
п. 1.32.2(6)
п. 7.3.2.3(1 )Р
п. 7.32.4(2)
п. 7.32.4(3)
п.7.7
п.7.4.1(1)Р
п. 7.6.22
п. 7.6.32
пп. 7.62.4-
7.62.6
167
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
п. 7.5
п. 7.4.2
п. 7.4.2(2)?
п. 7.5
п. 7.5.1
п. 7.5.1(3)
п.7.5.1(4)Р
п. 7.5.22(1)Р
п. 7.5.1(4)Р
п. 7.5.1(5)Р
Метод расчета, основывающийся на результатах испытаний свай
нагружением, может применяться для расчета свай, подвергаемых
или осевым, и/или поперечным нагрузкам. Испытания несущей
способности сваи нагрузкой рассматриваются в п. 7.5.
В п. 7.4.2 приведен довольно большой перечень вопросов, обя¬
зательных для рассмотрения или требующих внимания при про¬
ектировании свай, включая выбор типа сваи. Следует признать,
что некоторые из перечисленных требований нелегко выполнить,
другие относятся к общепринятой практике. При использовании
результатов испытания сваи нагружением очень важно учитывать
характер нагружения и возможные изменения, относящиеся к грун¬
ту и грунтовым водам.
7.5. Испытание несущей способности сваи
нагрузкой
Требования к испытаниям несущей способности свай нагрузкой,
изложенные в п. 7.5, применимы к испытаниям и статическим, и
динамическим нагружением. Некоторые положения этого пункта
распространяются только на сжимающие и растягивающие нагруз¬
ки (осевые нагрузки), а другие — и на поперечные, и на осевые на¬
грузки.
Испытания несущей способности свай особенно необходимы
при наличии значительной степени сомнения в поведении свай,
обусловленном или способом их устройства, условиями грунта и
прогнозируемыми нагрузками, или потому, что непредвиденное по¬
ведение свай было замечено во время их устройства. Общее прави¬
ло применения результатов испытания несущей способности свай
приведено в п. 7.5.1.
Сложные нагружения, которые трудно смоделировать испыта¬
ниями сваи пробной нагрузкой, согласно Еврокоду, можно заме¬
нить расчетами, используя наиболее неблагоприятные расчетные
значения параметров грунта. Это касается случаев воздействия, на¬
пример, циклических нагрузок.
Количество и место выполнения испытаний несущей способно¬
сти свай выбирается согласно грунтовым условиям. В частности,
испытания должны производиться в местах с наиболее неблагопри¬
ятными условиями.
Представление данных испытаний несущей способности являет¬
ся важным фактором, поскольку результаты испытаний будут ока¬
зывать влияние на конструкцию свай.
168
Глава 7. Свайные фундаменты
Испытания свай статической нагрузкой
Испытания свай статической нагрузкой могут выполняться на
пробных сваях или на рабочих сваях, которые будут являться ча¬
стью фундамента.
В отношении точной процедуры испытания следует отметить,
что в п. 75.2.1 (1)Р дается только ссылка на предлагаемую методику,
изложенную в ASTM Журнал геотехнических испытаний (Смоль-
чик, 1985 г.), которая является методикой, соблюдаемой современ¬
ной европейской практикой. Недавно Европейский технический
комитет по сваям (ЕТСЗ) Международного общества по механике
грунтов и геотехническому строительству (ISSMGE) опубликовал
документ, включающий рекомендацию по выполнению и расшиф¬
ровке результатов испытаний свай осевой статической нагрузкой,
которая полностью соответствует определениям и принципам Ев¬
рокода 7 (Де Кок и др., 2003 г.). Этот документ образует основу Ев¬
ропейского стандарта, подготавливаемого Европейским комитетом
по Стандартизации/Техническим комитетом 341 (CEN/TC 341).
Исходя из результатов испытания свай статической нагрузкой,
следует сделать заключение о деформации, ползучести и выпо¬
ре свайного фундамента. Эти свойства фундамента применимы, в
частности, при проверке предельного эксплуатационного состоя¬
ния. Расчеты предельного напряженного состояния зачастую ос¬
новываются на измеренных предельных разрушающих нагрузках,
представленных, как минимум, осевым нагружением. Вызывает
удивление тот факт, что в Еврокоде 7 говорится о том, что проекти¬
ровщик должен уметь делать заключение о предельных разрушаю¬
щих нагрузках, исходя только из результатов нагружения опытных
свай. Следует понимать, что не всегда требуется вызывать разру¬
шение опытной сваи, потому что общеизвестная практика полу¬
чения значения предельной разрушающей нагрузки предполагает
экстраполяцию кривой нагрузка-осадка. В п. 75.23(2)Р Еврокода 7
говорится, что рабочие сваи должны нагружаться, как минимум, до
проектной нагрузки на фундамент. Хотя это и не указывалось, не¬
обходимо понимать, что такая проектная нагрузка — это нагрузка,
соответствующая постоянным нагрузкам.
При расчете свайных фундаментов, подвергаемых нагружению
на растяжение, при всех обстоятельствах следует выполнить испы¬
тание статической нагрузкой до разрушения. Это объясняется тем,
что достичь разрушения сваи испытанием на растяжение легче по¬
тому, что под воздействием растягивающей нагрузки сваи проявля¬
ют хрупкое поведение. В этом случае представляется рискованным
делать прогноз несущей способности грунта при растяжении путем
экстраполяции данных, взятых из кривой нагрузка-перемещение.
п.7А1(3)
п.7.5.2.1(1)Р
п. 7.5.2.1(1 )Р
п. 7.6.22
п. 7.6.3.2
п. 7.52.3(2)?
п. 7.52.1(4)
169
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
п. 7.5.22(2)?
п. 7.5.22(2)?
п. 7.9
п. 7.5.3(1)
пп. 7.62.4-
7.62.6
п. 7.62.4-
7.62.6
п. 7.5.3(2)?
п. 7.5.4(1)Р
При испытании пробных свай, согласно Еврокоду 7, необходимо
выполнить тщательное исследование грунта, убедившись в его ха¬
рактерных особенностях вокруг свай и под их концевыми опорами,
и подготовить полную документацию по способу их установки, со¬
ответствующую документации постоянных свайных фундаментов.
Испытания динамической нагрузкой
Применение результатов испытаний для оценки сопротивления
свай сжатию показано в п. 7.5.3(1), а кроме этого, в пп. 7.62.4, 7.6.2.5
и 7.6.2.6, рассматривающих испытания свай динамической ударной
нагрузкой, формулы перемещения сваи и анализы волнового урав¬
нения соответственно. В Еврокоде 7 устанавливаются достаточно
жесткие критерии, ограничивающие проверку испытаниями дина¬
мической нагрузкой для оценки сопротивления сжатию свай для
случаев, когда:
• были выполнены соответствующие инженерные изыскания ме¬
ста проведения работ;
• методика была проверена по отношению к испытаниям стати¬
ческой нагрузкой свай аналогичного типа, одинаковой длины и
поперечного сечения, выполненных в сопоставимых грунтовых
условиях.
Предложение, в котором изложены жесткие критерии, ограничи¬
вающие проверку динамической нагрузкой, повторяются в каждом
из трех пунктов, рассматривающих сопротивление сжатию, с по¬
мощью результатов испытаний динамической ударной нагрузкой,
формул погружения сваи и анализов волнового уравнения.
Если выполняется более одного испытания динамической на¬
грузкой, обязательно следует выполнить перекрестную проверку
их результатов.
Отчет об испытании свай нагрузкой
Отчеты об испытаниях свай нагрузкой имеют первостепенное зна¬
чение не только для того, чтобы убедиться в отсутствии неправиль¬
ного толкования результатов испытаний перед окончательным вы¬
бором параметров свай, но и для того, чтобы рационально извлечь
всю возможную информацию из результатов испытаний. Расши¬
ренный перечень вопросов, обязательных для отчета об испытани¬
ях, приведен в п. 7.5Л(1)Р.
170
Глава 7. Свайные фундаменты
7.6. Сваи, нагруженные осевой нагрузкой
7.6.1. Общие вопросы
Как уже было отмечено, п. 7.6 является основным разделом
EN 1997-1, посвящённым свайным фундаментам. Кроме общих
положений, в этом пункте рассматривается сопротивление грунта
сжатию и растяжению для расчета предельного напряженного со¬
стояния и вертикальные перемещения для проверки предельного
эксплуатационного состояния надфундаментных конструкций.
Конструкционный расчет свай (включая расчет возможной потери
устойчивости) приведен в п. 7.8.
Термин «сопротивление грунта», используемый в разделе 7, оз¬
начает «несущую способность» или «прочность на разрыв» сваи.
Слово «сопротивление» в данном случае обозначает наличие мак¬
симального ответного действия грунта (максимальное боковое
сопротивление, а для сваи, работающей на сжатие, максимальное
сопротивление по концевой опоре) в противоположность воздей¬
ствиям, прилагаемым на грунт (через сваю).
Предельные состояния, обязательные для проверки, указаны
в п. 7.6.1.1(1)Р. Кроме того, некоторые вопросы рассматриваются
в п. 7.2(1 )Р. Первые три состояния относятся к предельным на¬
пряженным состояниям: потеря несущей способности отдельной
сваи, потеря несущей способности всего свайного фундамента, вы¬
звавшая разрушение или серьёзные повреждения надфундамент-
ной конструкции в результате чрезмерного перемещения свайного
фундамента. Последнее состояние относится к критическому экс¬
плуатационному состоянию надфундаментной конструкции, вы¬
званному перемещением фундамента, которое превышает принятое
предельное значение.
Расчет потери несущей способности отдельно взятой сваи или
всего свайного фундамента по условиям предельного напряжен¬
ного состояния соответствует обычному расчету несущей способ¬
ности, даже если Еврокод 7 предлагает инновационные методики
расчета величины сопротивления грунта и если расчеты выполня¬
ются с помощью частных коэффициентов, изменяющих как прила¬
гаемые нагрузки, так и сопротивление грунта.
Расчет перемещения свайных фундаментов не является обычной
практикой, особенно по отношению к надфундаментным конструк¬
циям по условиям предельного напряженного состояния. Для свай,
подвергаемых значительной осадке, Еврокод 7 предусматривает
подробную оценку всего диапазона осадок. Следует отметить, что
дальнейшие рекомендации по проверке перемещений, соответству¬
ющих предельному напряженному состоянию надфундаментной
конструкции, не даются. Считается, что рекомендации, приведен¬
ные в главе 6 настоящего Руководства, касающиеся фундаментов
п. 7.6
пп. 7.6.1-
7.6.4
п. 7.8
п.7.6.1.1(1)Р
п. 7.2(1 )Р
п.7.6.1.1(4)Р
171
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
п. 7.6.1.1(2)
п. 7.6.11(3)
п. 7.6.1.2(1)?
п. 7.6.12(2)?
п. 7.62.1(1 )Р
на естественном основании, могут относиться и к свайным фунда¬
ментам.
Потеря несущей способности в результате сжатия или растяже¬
ния определяется как состояние, при котором свайный фундамент
значительно смещается вниз или вверх, сопровождая это еле замет¬
ным ростом или снижением сопротивления.
Во время испытания свай, работающих на сжатие, бывает трудно
достичь указанного состояния или получить его, исходя из данных
графика нагрузка-осадка. В таком случае Еврокод 7 рекомендует,
чтобы осадка оголовка сваи на 10 % от её диаметра применялась
в виде критерия потери несущей способности. Эта рекомендация
важна, поскольку методы расчета несущей способности грунта ос¬
новываются на критической нагрузке, определенной в ходе испы¬
таний статической нагрузкой, которая может изменяться в значи¬
тельной степени, в зависимости от применяемого критерия потери
несущей способности.
Так же, как и при проектировании фундаментов на естественном
основании, при проектировании свайных фундаментов необходимо
учитывать их общую устойчивость. Положения раздела 11 приме¬
нимы к проектированию свайных фундаментов так же, как и к дру¬
гому геотехническому проектированию (см. главу 6 настоящего Ру¬
ководства). При рассмотрении свайных фундаментов поверхности
разрушения, проходящие под сваями, а также пересекающие сваи,
должны приниматься во внимание.
7.6.2. Сопротивление грунта сжатию по условиям
предельного напряженного состояния
Общая часть
Сопротивление грунта сжатию при всех предельных напряженных
состояниях проверяется с помощью следующего математического
неравенства:
РЫ<ЯЫ, (7.1)
где Fc d — расчетная осевая сжимающая нагрузка, действующая на
отдельно взятую сваю или группу свай по условиям предельного
напряженного состояния; Rc d — расчетное значение сопротивления
грунта сжатию при рассмотрении отдельно взятой сваи или группы
свай по условиям предельного напряженного состояния.
Нагрузки предельного напряженного состояния Fc d определя¬
ются, исходя из сочетания воздействий, соответствующих общему
формату метода частного коэффициента (см. Руководство для про¬
ектировщиков к EN 1990), т.е. сочетаний воздействий при постоян¬
ных и переменных расчетных ситуациях (называемых в EN 1990
172
Глава 7. Свайные фундаменты
«фундаментальными» сочетаниями), сочетанием воздействий при
аварийных и сейсмогеологических ситуациях.
Критически предельное сопротивление сжатию Rcd, приведенное
в неравенстве (7.1), определяется, исходя из результатов испытаний
статической нагрузкой, испытаний грунта или основываясь на ре¬
зультатах испытаний динамической нагрузкой.
Комплекты частных коэффициентов (см. Приложение А) для
расчета свай, находящихся в постоянных и переходных ситуациях,
и используемых с тремя подходами к проектированию, приведены
в табл. 7.1.
Таблица 7.1
Комплекты частных коэффициентов для расчета свай,
находящихся в постоянных и переменных условиях
Подход к
проектированию
Воздействие
конструкции
Геотехническое
воздействие*
Несущая способность
грунта
DA-1
Сочетание 1
Сочетание 2
DA-2
DA-3
Комплект А1
Комплект (А2)
Комплект А1
Комплект А1
К-ты (М1) + А1
К-ты М2 +(А2)
К-ты (М1) + А1
К-ты М2 + (А2)
К-ты (М1) + (R1)
К-ты (М1) + R4
К-ты (М1) + R2
К-ты М2 + (R3)
(А2), (М1), (R1) и (R3): комплекты А2 (постоянные воздействия), М1, R1 (забивная свая,
работающая на сжатие, и R3 (все сваи, работающие на сжатие) имеют значения частных
коэффициентов, равные 1,0.
Неблагоприятное воздействие, например, отрицательное трение или поперечное
нагружение
При расчете свай подходы к проектированию 1 и 2 (DA-1 и DA-2)
предусматривают увязку сопротивления коэффициентами, т.е. при
расчете сопротивления грунта частные коэффициенты параметров
грунта равны 1,0 (комплект Ml табл. АЛ), в то время как частные
коэффициенты сопротивления превышают 1,0 (комплекты RA или
R1 — за исключением забивных свай для DA-1, и комплект R2 для
DA-2, табл. А.6—А.8). В отличие от этого подход к проектирова¬
нию 3 (DA-3) предусматривает увязку коэффициентами надежно¬
сти по материалу, т.е. частные коэффициенты, превышающие 1,0,
применимы к параметрам грунта при расчете сопротивления грунта
(комплект М2, табл. А.4) в то время, как частные коэффициенты
сопротивления равны 1,0 (комплект R3 для всех свай, работающих
на сжатие, см. табл. А.6—А.8).
Для рассмотрения аварийных и сейсмогеологических ситуа¬
ций сочетание воздействий формируется совместно с частными
коэффициентами воздействий, обычно равных 1,0. Еврокод 7 не
рекомендует значения частных коэффициентов сопротивления на
случай аварийных ситуаций. Согласно общепринятой практике,
принимаются значения, равные 1,0, однако они зависят от конкрет¬
ной расчетной ситуации. Информация по частным коэффициентам
пп. 7.6.22-
7.62.6
п. 2.4.7.3.4
п. 2.4.7.1(3)
173
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
п. 7.62.1(6)
п. 7.6.2.1(5)Р
п. 7.62.2(9)
п. 7.62.3(7)
п. 7.6.2.1(8)
п. 7.6.2.1(3)?
п. 7.62.1(4)
несущей способности свай по условиям сейсмоопасных ситуаций
дана в Еврокоде 8, часть 5.
Следует заметить, что математическое неравенство (7.1) приме¬
нимо ко всему фундаменту, поэтому нет необходимости проверять
отдельно каждую сваю. Неравенства (7.2)—(7.11) для определения
Rcd в разделе 7 предназначены для расчета отдельно взятых свай.
Необходимо отметить, что в Еврокоде 7 обращается внимание
на то, что предельное напряженное состояние достигается только
тогда, когда значительное количество свай разрушаются одновре¬
менно. Фактически, пока свайный фундамент не станет механиз¬
мом (в статическом смысле), предельное напряженное состояние
не достигается. Такой механизм создается превышением несущей
способности нескольких свай, а также разрушением конструкции,
соединяющей сваи.
Анализ разрушения по условиям предельного напряженного со¬
стояния, предусматривающий проверку всего свайного фундамен¬
та, делается довольно редко. Для такой проверки требуется нели¬
нейный анализ перераспределения нагрузки между сваями. Можно
предположить, что соответствующее перераспределение нагрузки
можно реализовать упрощенным способом, путем выборки раз¬
личных значений несущей способности сваи, зависящих от жестко¬
сти конструкции. Учет конструкционной жесткости можно ввести
упрощенным способом посредством коэффициента, равного 1,1,
указанного в пп. 7.6.22(9) и 7.6.23(7). Этот коэффициент не следу¬
ет применять, когда учитывается непластичное перераспределение
нагрузки.
В Еврокоде 7 обращается внимание на другие два вопроса, от¬
носящихся к группе свай:
• необходимо принимать во внимание сваи, располагаемые по кра¬
ям фундамента, поскольку в случае внецентренно нагруженных
жестких фундаментов или при наличии наклоненных нагрузок
они обычно нагружены в большей степени, чем другие сваи, так
как их поведение гораздо жестче других свай;
• группа свай, работающих на сжатие, может разрушиться в виде
отдельного блока, состоящего из свай и грунта, заключенного
между ними. Кодекс допускает рассматривать такой блок в виде
одной сваи большого диаметра. Формулировка, предложенная
в п. 7.6.2, может ввести в заблуждение, потому что методы рас¬
четов и уравнения, приведенные в этом пункте, не относятся к
рассматриваемому случаю; отдельный свайный блок обычно ана¬
лизируется путем рассмотрения и учета вертикальной несущей
способности эквивалентного сплошного фундамента, например,
согласно методам расчета, приведенным в разделе 6.
174
Глава 7. Свайные фундаменты
Совершенно ясно, что проверка разрушения от продавливания
такого эквивалентного сплошного фундамента должна выполнять¬
ся, при необходимости; в этом случае применим п. 7.6.2.1(11).
В пп. 7.6.2.1(9)Р—7.6.2.1(13) обращается внимание на другие
факторы, обязательные для рассмотрения и учета, при оценке со¬
противления отдельных свай сжимающему воздействию:
• возможное наличие слабого слоя ниже концевых опор свай;
• геометрию концевой опоры сваи в сравнении со стволом;
• возможность возникновения эффекта «пробки» при применении
забивных свай с открытым торцом.
Предельное сопротивление сжатию, определяемое
по результатам статических испытаний
Процедура определения сопротивления сваи сжатию в ходе испы¬
тания статической нагрузкой основывается на анализе значений со¬
противления сжатию Rc m, измеренных во время статических испы¬
таний одной или нескольких опытных свай. Опытные сваи должны
быть аналогичны сваям фундамента. Кроме того, они должны уста¬
навливаться в аналогичный основанию фундамента грунт.
Важное требование, изложенное в Еврокоде 7, заключается в том,
что при интерпретации результатов испытания сваи нагрузкой, не¬
обходимо учитывать изменчивость параметров грунта на месте
проведения работ и изменчивость параметров, вызванную отклоне¬
нием от стандартного способа установки сваи. Иными словами, не¬
обходимо тщательно проверять результаты исследования грунта и
результаты испытания свай нагрузкой. Результаты испытания сваи
нагрузкой могут привести, например, к установлению различных
однородных частей рабочей площадки, каждая из которых обладает
индивидуальным сопротивлением сваи сжатию.
Шаги процедуры определения расчетного сопротивления свай¬
ного фундамента сжатию на основании испытаний статической на¬
грузкой изложены далее:
1. Исходя из измеренного сопротивления сжатию Rc,m, определя¬
ется значение Rc ^ с помощью уравнения
*c,k — Min((^c,m) mean Ai;(*c,m)minA2}> (7-2)
где ^ и ^ 2 — коэффициенты корреляции, относящиеся к количе¬
ству п испытываемых свай; они применяются к среднему значению
(Rc m)mean и к нижнему значению (Rc m)min> значения Rc m соответ¬
ственно. Рекомендуемые значения коэффициентов корреляции,
указанные в Приложении Л, в основном предназначены для учета
изменчивости грунтовых условий на рабочей площадке. Кроме
того, они могут учесть разницу в сопротивлении сжатию, возника¬
ющую из-за эффекта устройства свай различными способами.
п. 7.6.2.1(11)
пп. 7.6.2.Ц9)?-
7.6.2.1(13)
п. 7.6.22(2)?
п. 7.6.22(7)?
п. 7.6.22(11)Р
п. 7.622(8)?
п. 7.6.22(7)?
175
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
п. 7.62.2(9)
п. 7.6.22(7)Р
п. 7.6.2.2(10)?
п. 7.6.2.2(12)?
п. 7.62.2(13)?
п. 7.62.2(14)?
2. Если конструкция, соединяющая сваи, достаточно жесткая и
крепкая для передачи нагрузок от менее жестких свай к более жест¬
ким, значения ^ и делятся на 1,1 при условии, что значение
применяемое к среднему значению сопротивления сваи, меньше 1,0.
3. Как указано выше, если выполнялось несколько испытаний
нагрузкой, первый расчет общего значения Rc k, основывающийся
на результатах всех испытаний, может привести к установлению
различных «однородных» участков на исследуемой площадке.
В этом случае испытание начинается вновь с первого шага, но на
каждом «однородном» участке рабочей площадки. Это может стать
результатом получения менее консервативных значений Rc k, чем
значения, полученные (как в первом расчете), когда грунтовые ус¬
ловия принимались одинаковыми, а минимальное значение Rc т об¬
уславливало значение Rc k по всей площадке.
4. Если необходимо, значение Rc k можно разбить на сопротив¬
ление ствола Rs k и сопротивление концевой опоры Rh k. Такое воз¬
можно сделать, когда замеры для определения нагрузки сваи вы¬
полнялись вдоль испытываемых свай или когда были выполнены
расчеты, исходя из результатов испытаний грунта или динамиче¬
ских испытаний.
5. Значение расчетного сопротивления сваи сжатию Rc 6 опреде¬
ляется применением частного коэффициента yt к общему сопротив¬
лению или частных коэффициентов ys и уь к сопротивлению ствола
по боковой поверхности и к сопротивлению концевой опоры соот¬
ветственно, выполняя условия следующих уравнений:
*c,d=Kc,k/yt (7.4)
ИЛИ
Яс.с1 = Яь,к/уь + Я5,к/у5. (7.5)
Значение Rc d для постоянных и переменных ситуаций может
быть определено по результатам испытаний свай нагрузкой, ис¬
пользуя подходы к проектированию DA-1 и DA-2 и рекомендуе¬
мые значения частных коэффициентов yt или ys и уь приведенных
в табл. Л.6, Л.7 и Л.8. Подход DA-3 не применяется, если выполня¬
ется испытание свай нагрузкой, потому что процедура, в которой
используются результаты испытаний нагрузкой, предусматривает
применение частных коэффициентов непосредственно к значени¬
ям сопротивлений R с k или R s, k и R b к, полученных в результате
испытаний нагрузкой; в то время, как подход к проектированию
DA-3 предполагает применение частных коэффициентов к вели¬
чинам значений параметров прочности грунта. Для рассмотрения
аварийных ситуаций принимается, что yt = ys = уь = 1,0, если иное
не оговорено в Национальных приложениях.
176
Глава 7. Свайные фундаменты
Для группы свай сопротивление сжатию свай всего фундамента
определяется или путем суммирования значений сопротивления
сжатию отдельно каждой сваи, или путем принятия значения раз¬
рушения всего блока, в зависимости от того, что приводит к более
низкому показателю.
Некоторую вспомогательную информацию по рекомендуемым
значениям ^ и приведенную в Приложении Л, можно найти
в работах Баудуина (2001 г.). Указанные величины основаны на
контрольном значении, составляющим около 10 % коэффициента
изменяемости сопротивления сваи сжатию: для значений коэффи¬
циента изменяемости менее 10 % среднее значение измеренного
сопротивления должно обуславливать расчет, в то время как для
значений коэффициента изменяемости больше 10 % расчет должен
обуславливаться нижним измеренным значением сопротивления.
На примере 7.1, приведенном далее, показано определение рас¬
четного значения сопротивления сжатию отдельной сваи, исходя из
результатов испытаний статической нагрузкой, соблюдая требова¬
ния процедуры, описанной выше.
Определение предельного сопротивления сжатию,
исходя из результатов испытаний грунта
Общие положения
Как уже было отмечено, методы прогноза сопротивления свай сжа¬
тию, исходя из результатов испытания грунта, могут использовать¬
ся при условии, что они установлены на основании испытаний свай
нагрузкой и сопоставимого опыта.
Для учета дополнительной неопределенности расчетного мето¬
да Еврокод 7 предусматривает применение коэффициента модели,
обязательного для введения в расчеты, для того чтобы обеспечить
надежность прогноза. По существу, этот коэффициент модели яв¬
ляется калибровочным коэффициентом метода расчета. Однако
дальнейшая информация о нем в кодексе не представлена; предпо¬
лагается, что этот коэффициент будет играть важную роль, когда
существующие методы прогноза будут приспособлены и примене¬
ны к новым процедурам расчета, частным коэффициентам и другим
коэффициентам, вводимым Еврокодами. Значение коэффициента
модели должно быть получено путем сравнения результатов испы¬
таний статической нагрузкой с соответствующими прогнозируемы¬
ми значениями. Он выбирается с целью обеспечения заданной на¬
дежности прогнозов. Например, если выполнены испытания стати¬
ческой нагрузкой, можно пожелать, чтобы 95 % (или иной уровень
надежности) измеренного сопротивления сжатию было бы больше
данных прогноза. Значение коэффициента модели можно полу¬
чить путем статистического анализа банка данных, относящегося к
п. 7.6.2.1(3)Р
п. 7.6.2.1(4)
п. 7.6.2.3(1)?
п. 7.62.3(2)
177
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
п. 7.6.2.3(5)Р
п. 7.5.2.3(8)
п. 7.6.2.3(5)Р
п. 7.6.2ЩР
результатам испытаний нагрузкой (например, см. Баудуин, 2002b;
Франк и Коварик, 2005 г.).
Процедуры расчета с использованием
подходов к проектированию 1 и 2
Так же, как и в методике расчета, основывающейся на результатах
испытания статической нагрузкой, при расчете значения сопротив¬
ления сжатию необходимо учитывать изменяемость свойств грунта
и, следовательно, сопротивление свай по всей территории рассма¬
триваемой площадки. Далее приведены две процедуры учета и рас¬
смотрения изменяемости свойств грунта, введенные Еврокодом 7:
• В первой процедуре, названной в настоящем Руководстве про¬
цедурой «моделирования сваи», значения испытаний грунта на
каждом отдельном испытываемом профиле используются для
расчета сопротивления модели слсатию, например, воображае¬
мая свая на рассматриваемом месте. Фактически эта процедура
аналогична процедуре, используемой с результатами испытаний
статической нагрузкой. Например, она предусматривает при¬
менение коэффициентов Е, к рассчитанному сопротивлению для
учета изменяемости сопротивления сваи и получения значения
сопротивления сжатию.
• В другой процедуре, названной «альтернативной», результаты
испытаний грунта (прочность на сдвиг, сопротивление конуса и
т.п.), взятых из всех испытываемых точек, вначале сводятся вме¬
сте перед расчетом значений сопротивления основания и сопро¬
тивления ствола в разных слоях, полученных при оценке резуль¬
татов испытания без применения коэффициентов
Процедура «модельной сваи»
Процедура «модельной сваи» предназначена для определения рас¬
четного сопротивления сжатию Rc d, исходя из результатов испыта¬
ния грунта (испытания могут выполняться или в лаборатории, или
на месте выполнения работ); расчеты по этой процедуре основыва¬
ются на результатах испытания одного или нескольких профилей
грунта. Так же, как и по отношению к испытаниям свай нагрузкой,
в Еврокоде 7 изложено следующее требование: при расчете Rc d с
помощью полуэмпирического метода, в ходе расшифровки резуль¬
татов испытаний грунта и рассчитанного сопротивления, следует
учитывать изменяемость свойств грунта на различных участках
рабочей площадки. Тщательная проверка рассчитанных значе¬
ний сопротивления свай может привести к выявлению различных
участков на территории площадки, каждый из которых отличается
по свойствам сопротивления. Хороший пример такой ситуации, с
выполнением испытаний с помощью конического пенетрометра,
приведен в работе Баудуина (2002b).
178
Глава 7. Свайные фундаменты
Процедура «модельной сваи» для определения расчетного зна¬
чения сопротивления свайного фундамента сжатию, исходя из ре¬
зультатов испытаний грунта, включает в себя следующие шаги:
1. Определение рассчитанного сопротивления сжатию RCiCd\ пу¬
тем применения метода прогнозирования к результатам испытания
каждого профиля независимо друг от друга, в соответствии со сле¬
дующим уравнением:
Rc, cal = Rb, cal + Rs, cal> (D7.1)
где R^ cai и Rs, cal — рассчитанные сопротивления концевой опоры
и боковые сопротивления ствола соответственно, определенные
для профиля результатов испытаний рассматриваемого грунта.
Они включают в себя коэффициент моделирования (калибровки).
Результат заключается в получении прогнозируемого значения со¬
противления сваи, если она находилась точно на месте профиля
испытания грунта. Следовательно, такая свая может называться
модельной сваей.
2. Значения Rc k, Rht k и Rs k определяются с помощью формулы
RC,k = (Rh,k + RS,k)
Rc, k=(Rh, cal + R s, cal) A = R c, cal A =
— m^n{(RC, cal) mean Аз > (-^ c, cal) min A-dl> (^-8)
где и ^4 — коэффициенты корреляции, зависящие от количества
профилей испытаний п, которые применяются соответственно:
— к средним значениям
(A:, cal)mean — (-^b, cal Rs, cal)mean -(Яъ , cal)mean + (Rs , cal)mean>
— к нижним значениям
(Rc, cal)min- (-^b, cal~*~ Rs, cal)min*
Рекомендуемые значения и приведены в Приложении Л, для
применения к изменяемости грунта и рассчитанным сопротивлени¬
ям на всей площадке.
3. Если конструкция, соединяющая сваи достаточно жесткая и
прочная для передачи нагрузок от менее жестких свай к более жест¬
ким, значения и ^ можно разделить на 1,1 при условии, что значе¬
ние ^з, применяемое к среднему значению, не ниже 1,0.
4. Если имеются несколько профилей испытаний грунта, первый
расчет общего значения Rc k, основывающийся на всех профилях
испытаний, может привести к установлению различных «однород¬
ных» участков на исследуемой площадке. В этом случае испытание
начинается вновь со второго шага, но на каждом «однородном»
участке рабочей площадки. Это может стать результатом получе¬
ния менее консервативных значений Rc k, чем значения, получен¬
ные (как в первом расчете), когда грунтовые условия принимались
п. 7.6.2.3(5)Р
п. 7.6.2.3(7)
п. 7.6.2.3(6)Р
179
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
п. 7.6.2.3(3)Р
п. 7,6.2.3(4)Р
п. 7.6.2.1(3)Р
п. 7.6.2.1(4)
п. 7.6.2.3(8)
везде одинаковыми, а минимальное значение Rc са1 обуславливало
значение Rc k по всей площадке.
5. Расчетные значения сопротивления сжатию получаются при¬
менением частных коэффициентов ys и уь к нормативным значени¬
ям сопротивления концевых опор и к нормативным значениям бо¬
кового сопротивления ствола соответственно, согласно следующим
уравнениям:
*c,d=*M + *s,d; (7.6)
*cd = TWYb + RS. k /ys- (7.7)
Такая процедура моделирования сваи может применяться с под¬
ходами к проектированию DA-1 и DA-2 и с рекомендуемыми значе¬
ниями частных коэффициентов ys и уь, приведенных в Приложении
А для постоянных и переменных ситуаций. Процедура моделирова¬
ния сваи не применима с DA-3, поскольку (как объяснено в случае
сопротивления сжатию, полученного по результатам испытания
сваи нагрузкой) данная процедура предполагает применение част¬
ных коэффициентов к сопротивлениям, в то время как DA-3 пред¬
полагает применение частных коэффициентов к нормативным зна¬
чениям параметров прочности грунта. Для рассмотрения аварий¬
ных ситуаций, принимается, что ys = уь = 1,0, если иное не оговорено
в Национальных приложениях.
6. Для группы свай несущая способность всего фундамента опре¬
деляется или путем суммирования значений сопротивления сжа¬
тию, или путем принятия значения разрушения всего блока, в за¬
висимости от того, что приводит к более низкому показателю.
В примерах 7.2 и 7.3 показан расчет сопротивления сваи сжатию,
исходя из результатов испытаний грунта, соблюдая требования
указанной выше процедуры. В примере 7.2. используются результа¬
ты прессиометрических испытаний, а в примере 7.3 используются
измерения прочности недренированного грунта (си).
«Альтернативная» процедура
В качестве альтернативы процедуре «модельной сваи» Еврокод 7
предусматривает определение характеристических значений Rb к и
Rs k, основываясь непосредственно на значениях параметров грунта:
■^b.k — ^b,*7b,k
^s,k = 5/4s,i9s,k,p (7.9)
где #b,k и <7s,k,i — характеристические значения сопротивления кон¬
цевых опор сваи и характеристические значения бокового сопро¬
тивления ствола на единицу площади каждого слоя грунта, полу¬
ченные применением соответствующего метода расчета и значений
параметров грунта.
180
Глава 7. Свайные фундаменты
Далее применение альтернативной процедуры предполагает вы¬
полнение шагов 5 и 6 процедуры «модельной сваи». Альтернатив¬
ная процедура предусматривает применение традиционных мето¬
дов расчета значений прочности на сжатие на основании результа¬
тов испытания грунта.
В значениях #Ьк и gski (получены из таблиц, графиков или путем
корреляции) должны учитываться изменяемость параметров грун¬
та, объем грунта, участвующего в рассматриваемом механизме раз¬
рушения, пространственная изменчивость прочности сваи, изменя¬
емость грунта, вызванная устройством сваи, а также жесткость кон¬
струкции. Это требование выдвинуто потому, что коэффициенты £
не применяются в альтернативном методе расчета в прямой форме.
Согласно альтернативной процедуре изменяемость грунта рас¬
сматривается способом, отличающимся от метода, основываю¬
щегося на результатах испытания статической нагрузкой или от
процедуры «модельной сваи», основывающейся на результатах ис¬
пытаний грунта. Поскольку частные коэффициенты yb, ys и yt (см.
табл. А.6, А.7 и А.8) применяются в сочетании с коэффициентами
они могут быть неприменимы с «альтернативной» процедурой.
Коэффициент моделирования, возможно, должен быть введен или
напрямую включен при расчете значений qh k и qs> k.
В примерах 7.2 и 7.3 показаны варианты применения альтерна¬
тивной процедуры.
Подход к проектированию 3
Как было сказано выше, поскольку в подходе к проектированию 3
(DA-3) используются частные коэффициенты, применяемые к зна¬
чениям параметров грунта, то ни процедура «модельной сваи, ни
«альтернативная» процедура не могут применяться с DA-3, потому
что в обеих процедурах предусмотрены коэффициенты, применяе¬
мые к значениям сопротивлений. Обычно DA-3 применяется с рас¬
четными моделями, в которых используются расчетные значения
параметров грунта, полученные из лабораторных испытаний. В от¬
ношении DA-3 в п. 7.6.23(9)Р дается объяснение, заключающееся в
том, что нормативные значения параметров грунта Хк вначале рас¬
считываются согласно п. 2.4.5, а затем расчетные значения Xd полу¬
чаются путем применения коэффициентов надежности по матери¬
алу ум (колонка М2, табл. А.4) согласно уравнению (2.2):
Для расчета сваи с помощью D А-3 расчетное значение сопротив¬
ления сжатию Rc d устанавливается непосредственно включением
расчетных значений параметров прочности грунта Xd в расчетную
модель:
п. 7.6.2.3(8)
п. 7.6.2.3(9)Р
п. 2.4.5
п. 2.4.6.2( 1)Р
Xd _^к/Ум-
(2.2)
Rc, d = Яь, d + Rs, d = Rb, cal № ) + Rs, cal №)•
(D7.2)
181
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
п. 7.5.3
п. 7.6.2Л
п. 7.6.2.ЦЗ)Р
п. 7.6.2.4(2)
п. 7.6.2.5
п. 7.6.2.6
В примере 7.3 показаны различные способы применения DA-3 с
результатами измерений прочности на сдвиг (си) недренированного
грунта.
Следует иметь в виду, что, где применимо в указанных выше про¬
цедурах, значения параметров, использующихся для расчета боко¬
вого сопротивления ствола, должны быть представлены оценками
их средних значений потому, что длина ствола сваи в заданном слое
обычно считается большой. Для расчета сопротивления концевой
опоры сваи, поскольку объем грунта вокруг основания, участвую¬
щего в механизме разрушения обычно считается небольшим, зна¬
чения применяемых параметров должны быть представлены оцен¬
ками их локальных значений вокруг опоры.
Расчет предельного сопротивления сжатию, исходя из
результатов испытаний динамической нагрузкой
Основные требования Еврокода 7 по выполнению испытаний дина¬
мической нагрузкой для расчета сопротивления свай сжатию изло¬
жены в п. 753. Порядок применения различных типов результатов
динамических испытаний, а также результатов повторной забивки
свай для расчета сопротивления отдельных свай, работающих на
сжатие, изложен в п. 7.6.2. Результаты динамических испытаний
состоят из:
• испытания на динамическую ударную нагрузку (ударное воз¬
действие). В ходе этого вида испытания считается, что степень
напряжения достаточно высока, чтобы достичь (динамического)
предельного сопротивления сжатию. Следует определить зна¬
чение сопротивления динамическому воздействию. Кроме того,
испытание может включать в себя процедуру согласования сиг¬
налов, применение которой ведет к приблизительной оценке бо¬
кового сопротивления ствола и концевой опоры, а также к оценке
кривой нагрузка-осадка;
• формулы погружения сваи. Применение формул погружения
сваи — это традиционный способ использования отчетов о пере¬
мещении сваи во время забивки с целью определения значений
несущей способности;
• анализа волновых уравнений. Анализ волновых уравнений ис¬
пользуется для определения расчетного значения сопротивления
свай. При этом такая математическая модель (еще называемая и
упругомассовой моделью) обычно используется для исследова¬
ния условий забивки свай (ударное воздействие, напряжения,
образующиеся в сваях).
При расчете сопротивления свай сжатию, исходя из результатов
динамических испытаний, после повторной забивки свай (на не-
182
Глава 7. Свайные фундаменты
сколько сантиметров, а иногда в конце первичного забивания) не¬
редко рекомендуется использовать журналы забивки.
Процедура расчета сопротивления сваи сжатию с использовани¬
ем результатов динамических испытаний одинакова для всех трех
типов испытаний, однако должны соблюдаться отдельные специ¬
альные требования по каждому из них. Нормативное значение
определяется с помощью следующего уравнения:
Rc, к- m)mean /^5> (К m)min /У, (7.11)
где Rc т — статическое сопротивление сжатию, полученное из ди¬
намических расчетов, а и — коэффициенты корреляции, от¬
носящиеся к количеству испытываемых свай, п; они применяют¬
ся к среднему значению (Rc т)тегп и к самому нижнему значению
(Rc m)min. Рекомендуемые значения и приведены в Приложении
А. Обратите внимание на то, что значения ^ не одинаковы для трех
типов динамических измерений.
Расчетное значение сопротивления сжатия вычисляется по фор¬
муле
£c,d=-Rc,k/Yt> (7.10)
где значение частного коэффициента полного сопротивления yt
аналогично значению, применяемому с другими методами расчета
сопротивления сжатию свайных фундаментов. Для подходов к про¬
ектированию D А-1 и D А-2 значения yt даются в Приложении А. Для
аварийных ситуаций можно считать, что yt = 1,0.
Формула погружения свай должна применяться только с указан¬
ной выше процедурой для определения расчетного значения сопро¬
тивления сжатию свай-стоек, установленных в несвязанных грун¬
тах. Для других типов свай или грунтов степень неопределенности
значительней, поэтому следует пользоваться другими методами
расчета или более высокими значениями частных коэффициентов.
7.6.3. Сопротивление грунта растяжению
Общие требования
Многие требования Еврокода 7 к сваям, работающим на сжатие,
применимы и к сваям, работающим на растяжение.
Сваи, работающие на растяжение, проверяются по двум предель¬
ным напряженным состояниям:
• разрушение отдельных свай при выдергивании (сопротивление
разрыву);
• разрушение грунтового блока со сваями, вызванное выпиранием
грунта.
Так же, как и при рассмотрении сопротивления свай разрушению
от сжатия, сопротивление отдельных свай растяжению следует про¬
п. 7.62.ЩР
п. 7.6.2.5(3)Р
п. 7.6.3.1(1)Р
п. 7.6.3.1(3)Р
п. 7.6.3.1(4)Р
183
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
п. 7.6.3.1(8)Р
п.7.6.3.1
п. 7.6.3
п. 7.6.2
верять с помощью частных коэффициентов предельного состояния
по потере несущей способности грунта (GEO) и соответствующего
математического неравенства. Однако для групп свай, работающих
на растяжение, где возможно разрушение грунтового блока со сва¬
ями, вызываемого выпиранием грунта, сопротивление должно про¬
веряться с помощью соответствующих частных коэффициентов и
неравенств.
В п. 7.6.3.1 (8)Р внимание конструкторов обращается на условие,
в котором сваи, работающие на растяжение, взаимодействуют в
группе. Напряжение растяжения, возникшее в одной свае, умень¬
шает степень эффективного вертикального напряжения вблизи
окружающих свай, а следовательно, уменьшает их сопротивление
на боковой поверхности ствола. Это относится к сопротивлению
отдельных свай в группе, и поэтому к устойчивости всего фунда¬
мента.
Сопротивление отдельных свай растяжению
Методы расчета сопротивления грунта свай, работающих на рас¬
тяжение, исходя или из результатов испытаний свай статической
нагрузкой, или из результатов испытаний грзшта, очень похожи на
методы расчета свай, работающих на сжатие. Основные различия
заключаются в следующем:
• Значение сопротивления концевых опор во всех случаях не учи¬
тывается.
• Коэффициенты корреляции не следует делить на 1,1, даже при
рассмотрении жестких конструкций. Это вызвано тем, что раз¬
рушение грунта вокруг свай, работающих на растяжение, вы¬
звано его хрупкостью (потеря прочности после достижения
максимальной степени сопротивления). Следовательно, было
бы рискованным предполагать, что нагрузка будет передана от
разрушенных свай на еще неразрушенные, поэтому такое пред¬
положение неприемлемо.
• Значение частного коэффициента полного сопротивления (т.е.
сопротивление на боковой поверхности ствола) сваи, работаю¬
щей на растяжение, ys t, больше значения ys сваи, работающей на
сжатие (см. таблицы в Приложении А). Обычно при установле¬
нии уровня надежности свай, работающих на растяжение, сле¬
дует проявлять чрезвычайную осторожность, по сравнению со
сваями, работающими на сжатие.
Определив указанные различия, следует отметить, что общие
требования к проектированию свай, работающих на растяжение,
указанные в п. 7.6.3, похожи на требования, изложенные в п. 7.6.2,
относящиеся к проектированию свай, работающих на сжатие. Кро¬
ме того, коэффициенты корреляции ^и^2 (для измеренных зна¬
184
Глава 7. Свайные фундаменты
чений сопротивления растяжению) и и ^ (для рассчитанных
значений сопротивления растяжению), рекомендуемые EN 1997-1-
1, имеют одни и те же значения {табл. АЭ и А.10 соответственно).
При выполнении испытаний статической нагрузкой для расчета
свайного фундамента, работающего на растяжение, необходимо до¬
биться разрушения сваи, согласно требованию раздела 7.5 настоя¬
щего Руководства. Для расчета свай, работающих на растяжение, с
использованием результатов испытаний грунта, можно применить
процедуру «модельной сваи». Кроме того, EN 1997-1-1 допускает
применение альтернативной процедуры. При использовании под¬
хода к проектированию DA-3 частные коэффициенты применяют¬
ся к нормативным параметрам грунта для определения расчетного
значения сопротивления растяжению.
Частные коэффициенты, приведенные в табл. А6, А7 и А10, в
принципе, могут относиться и к квазистатическим нагрузкам. Важ¬
ное требование EN 1997-1 заключается в том, что необходимо учи¬
тывать циклическое нагружение или переменные нагрузки, сни¬
жающие степень сопротивления сваи растяжению. К сожалению, в
кодексе не даны точные рекомендации о том, как надо рассматри¬
вать указанные условия нагружения. Пока не будут приняты спе¬
циальные правила расчета, результаты такого нагружения должны
быть учтены путем применения коэффициента модели к значени¬
ям рассчитанных результатов, чтобы перестраховаться, или, в ином
случае, согласно общепринятой практике, увеличенные частные ко¬
эффициенты просто применяются к значениям воздействий, ока¬
занных циклическими или переменными нагрузками.
Следует отметить, что, когда большая вертикальная нагрузка на
растяжение объединяется с постоянной сжимающей нагрузкой та¬
кого же значения, расчетная нагрузка на сваю может стать нагруз¬
кой на растяжение, в то время как результирующее значение остает¬
ся сжимающим. Фундамент следует проектировать с учетом такого
растягивающего расчетного значения воздействия.
Разрушение блока грунта со сваями
Разрушение блока грунта со свайной группой происходит, когда
все сваи и грунт, заключенный между ними, приподнимаются под
воздействием растягивающей нагрузки. Растягивающая нагрузка,
вызывающая такое разрушение, может исходить от конструкции,
находящейся над уровнем воды, и от свайной группы, или от дав¬
ления воды, направленного снизу вверх, действующего на группу
свай и часть конструкции, находящейся ниже уровня воды, как это
показано на рис. 7.1а и7.1Ьв EN 1997-1-1.
Следует отметить, что согласно EN 1997-1-1 следует рассматри¬
вать механизм выпирания грунта с учетом вовлеченного в работу
п. 7.6.3.3(4)Р
п. 7.6.3.3(6)
п. 7.6.3.3(7)Р
п. 7.6.3.1(9)Р
п. 7.6.3.1(5)
185
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
п.7.6.3.1
п. 2.4.7.1(1 )Р
п. 2.4.8
п. 2.4.9
п. 2.4.9(3)Р
п. 7.6.4.1(1 )Р
п. 7.6.4.1(2)
п. 2.4Д4)
конуса грунта вокруг свай; это относится как к отдельным сваям,
так и к группам свай, особенно, когда имеется уширенная пята или
заделка в скальный грунт.
Согласно Еврокоду 7, расчет разрушения, вызываемого выталки¬
вающим воздействием на блок грунта, должен рассматриваться в
виде расчета выталкивающего воздействия в условии предельного
напряженного состояния с применением соответствующих част¬
ных коэффициентов (см. табл. А. 15 иА.16в Приложении А, а также
главу 2 настоящего Руководства). В примере 7.5 рассматривается
расчет группы свай, исходя из значений давления воды, направлен¬
ного снизу вверх, в зависимости от значения выталкивающего воз¬
действия; расчет выполняется согласно требованиям n. 7.6.3.1.
Кроме того, уместно проверить группу свай, подвергнутых рас¬
тяжению по предельному напряженному состоянию по потере не¬
сущей способности грунта; эта проверка, в частности, необходима,
когда растягивающая нагрузка приходит от конструкции.
7.6.4. Вертикальное перемещение свайных
фундаментов
Проектирование фундаментов должно обеспечивать ограничение
перемещений и предотвращение наступления предельных состоя¬
ний (или по эксплуатационной пригодности, или предельных на¬
пряженных) надфундаментных конструкций. Этот общий принцип,
несомненно, признан в EN 1997-1-1, в частности, в пп. 2.4.8 и 2.4.9.
Значения допустимых перемещений должны устанавливаться во
время проектирования. Некоторые ориентировочные предельные
значения деформации конструкции приведены в Приложении Н
(информационное).
Согласно EN 1997-1, необходимо дать оценку осадкам свайных
фундаментов, воспринимающих осевые нагрузки, так же, как и фун¬
даментов мелкого заложения, с целью не допустить наступления
критического состояния конструкции по эксплуатационной при¬
годности. Само собой разумеется, такая оценка обеспечивает толь¬
ко прогнозируемый расчет осадок из-за наличия неопределенности
и неоднозначности при моделировании осадок свай. EN 1997-1
во многих случаях допускает замену расчета осадок упрощенным
методом расчета, предусматривающим определение значений несу¬
щей способности с помощью довольно высоких частных коэффи¬
циентов, таких, при которых малая часть прочности грунта реали¬
зуется, не допуская неприемлемой деформации надфундаментной
конструкции, по крайней мере, когда сваи установлены в хорошо
изученных грунтовых условиях и имеется предшествующий опыт.
Этот упрощенный метод расчета широко известен в традиционной
практике проектирования (см. главу 6 настоящего Руководства).
186
Глава 7. Свайные фундаменты
Методы расчета перемещения свайных фундаментов предпола¬
гают использование линейно-упругого метода Поулоса и Дэвиса
(1980 г.), а также упругопластичного расчета методом конечных
элементов и функций передачи нагрузки t-z (кривые мобилизации
сопротивления на боковой поверхности ствола, например см. рабо¬
ты Багуэлина и др., 1982 г.).
7.7. Поперечно нагруженные сваи
Проектирование поперечно нагруженных свай должно соответ¬
ствовать общим требованиям, предъявляемым к проектированию
и испытанию свай под нагрузкой, рассматриваемых в пп. 7.4 и 7.5.
Кроме того, предъявляются следующие требования:
• поперечное сопротивление сдвигу проверяется по условиям,
предусматривающим разрушение грунта, вызванное его враще¬
нием или поступательным перемещением — для коротких, жест¬
ких свай, и разрушение сваи при изгибе, сопровождаемое течени¬
ем грунта вблизи поверхности — для длинных, гибких свай;
• необходимо учитывать влияние группы свай;
• поперечное сопротивление сдвигу должно определяться с по¬
мощью испытаний статической нагрузкой или на основании ре¬
зультатов испытаний грунта и параметров прочности сваи;
• необходимо проверить сваи на способность противостоять раз¬
рушению конструкции;
• необходимо рассчитать значение поперечного перемещения.
Другие требования, характерные для поперечно нагруженных
свай, которые также подлежат учету, относятся к изменяемости
грунта вблизи поверхности, а также к условиям закрепления ого¬
ловка с ростверком.
Теория балки в упругих опорах, характеризующейся горизон¬
тальными модулями упругости основания, излагается в EN 1997-1
в виде приемлемого метода расчета длинных, гибких свай, подвер¬
гаемых воздействию поперечной нагрузки в верхней части.
7.8. Расчет конструкции свай
Проектирование конструкции свай является важным элементом,
составляющим неотъемлемую часть проектирования фундамен¬
тов. Большинство расчетов, выполняемых для строительного про¬
ектирования, предусматривают применение требований кодексов,
касающихся поведения бетона, стали и древесины. Согласно EN
1997-1, сваи проверяются по отношению к разрушению конструк¬
ции во всех рассматриваемых ситуациях, согласно требованиям co-
п. 7.4
п. 7.5
п. 7.7.1(3)
п. 7.7.1(4)Р
п. 7.7.2
п. 7.7.3
п. 7.7.2(3)Р
п. 7.7.2(4)
п. 7.7.3(4)Р
п. 7.7.3(3)
п. 7.8(1 )Р
п. 7.8(2)Р
187
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
п. 7.8(4)Р
п. 7.8(5)
п. 7.9(1 )Р
п. 7.9(2)
п. 7.9(3)Р
п. 7.9(6)Р
п. 7.9.4
п. 7.9(7)Р
п. 9(8)
ответствующих Еврокодов по материалам, в частности EN 1992, EN
1993 и EN 1995.
Гибкие сваи, проходящие сквозь воду или через значительный
слой слабого грунта, должны проверяться на продольный из¬
гиб. Если прочность на сдвиг недренированного грунта си больше
10 кПа, то проверку на продольный изгиб можно не выполнять.
Для постоянных и временных ситуаций расчетные значения воз¬
действий для проектирования свай по условиям предельного на¬
пряженного состояния определяются с применением подходов к
проектированию DA-1, DA-2 или DA-3, в зависимости от выбора,
определенного Национальным приложением.
7.9. Надзор за строительством
Способ устройства свай не только влияет на дальнейшее проекти¬
рование, но и играет основную роль в обеспечении соответствующе¬
го поведения над фундаментной конструкции. Согласно EN 1997-1,
должен быть разработан детализированный план устройства свай,
составляющий основу свайных работ. Установка свай должна кон¬
тролироваться и регистрироваться. При наличии сомнений в каче¬
стве уже установленной сваи, следует принять соответствующие
меры, включающие выполнение полномасштабных испытаний и
забивку новых свай, повторную забивку свай и т.п.
Многие вопросы проектирования свай связаны со способами их
устройства. Поэтому в EN 1997-1 повторяются некоторые требова¬
ния, включенные в соответствующие строительные стандарты, из¬
данные Европейским комитетом по Стандартизации/Техническим
комитетом 288.
При необходимости следует проверить целостность свай. Для
этой цели не всегда подходят испытания незначительными дина¬
мическими нагрузками, поэтому, возможно, необходимо выполнить
другие испытания, например, ультразвуковым методом или вибра¬
ционные.
Пример 7.1: проектирование сваи, работающей на сжатие,
исходя из результатов статических испытаний
Фундаменты глубокого заложения, предназначенные для боль¬
ших мостов в Европе, проектировались с использованием ре¬
зультатов интерпретации итогов полномасштабных испытаний
как вертикальными, так и горизонтальными нагрузками (см. ра¬
боту Вастиаксуса и др., 1998 г.). В данном примере, основанном
на этом проекте, рассматриваются только осевые сопротивления
свай сжатию; цель примера — показать, как результаты статиче¬
188
Глава 7. Свайные фундаменты
ских испытаний на сжатие должны толковаться соблюдением
требований Еврокода 7.
Необходимо спроектировать фундаменты в виде забивных
свай с открытым концом, воспринимающие вертикальные сжи¬
мающие нагрузки. В указанных расчетах учитываются только
предельные напряженные состояния в постоянных и перемен¬
ных условиях и аварийные ситуации. Значение постоянной
вертикальной нагрузки составляет 31 МН, а вертикальной ава¬
рийной нагрузки 16 МН. Цель расчета — определить количество
забивных свай длиной 55,5 м, требуемых для восприятия указан¬
ной нагрузки.
Считается, что нет необходимости учитывать влияние груп¬
пового эффекта. Кроме того, для полного расчета фундамента
требуется проверка предельных состояний по эксплуатацион¬
ной пригодности, например, следует рассчитать осадку фунда¬
мента.
Стандартный профиль грунта состоит из 20—30-метрового
слоя очень мягкой глины (ила), илистого песка, песка и глины,
а в конце — песка и гравия на предполагаемом уровне концевых
опор свай.
Нагрузка, кН
Рис. 7.1. Результаты испытаний статической нагрузкой; забивные сваи
диаметром В = 1220 мм разной глубины погружения (Вастиаксус и др.,
1998 г.)
Имеются результаты четырех статических испытаний забив¬
ных свай различной глубины забивки (рис. 7.1). Далее следует,
189
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
что сопротивление Rm сваи длиной L = 55,5 м выводится из значе¬
ний сопротивлений, измеренных в ходе статических испытаний,
учитывая разницу в длине свай (и после вычитания значения
положительного сопротивления на боковой поверхности ство¬
ла в слоях, вызываемых отрицательное поверхностное трение).
Отсюда прогнозируемые значения сопротивления сваи длиной
L = 55,5 м, будут составлять:
• исходя из испытания Р8: Rm = 14,0 МН;
• исходя из испытания Р31: Rm = 14,4 МН;
• исходя из испытания Р79: Rm = 12,1 МН;
• исходя из испытания P79b: Rm = 13,9 МН.
п.7.6.2ЩР Согласно EN 1997-1, характеристическое значение сопротив¬
ления осевой нагрузке сваи Rkf определяется с помощью средних
и минимальных измеренных значений (Rm> mean, Rm min) по фор¬
муле
— niin{i? m) mean /^1» ^m.min/^ }• (7-2)
Значения коэффициентов корреляции , ^2) зависят от ко¬
личества п испытаний свай статической нагрузкой. Для п = 4, co-
п. 7.6.2.Щ гласно табл. А.9, рекомендуются ^ = 1,10 и Ь>2 = 1,00. Считается,
что распределение нагрузки между слабыми и сильными сваями
можно не учитывать, потому что предполагаемое количество
свай слишком мало. Таким образом, понижающий коэффициент
1,1 по ^ и ^2, предложенный в п. 7.6.22(9), не применим.
Дт,теап= 13,6 МН
Дт,тт= 12Д МН.
Поэтому
Rk = min{13,6/1,10; 12,1/1,00} = min(12,4, 12,1) = 12,1 МН.
Это доказывает тот факт, что минимальное измеренное значе¬
ние сопротивления сваи обуславливает расчет.
Для отдельно взятой опоры моста характеристические значе¬
ния вертикальных нагрузок, учитывая отрицательное поверх¬
ностное трение, составят:
• для постоянных и временных условий: постоянные нагрузки
Gk = 31 МН (считается, что переменные нагрузки не учитыва¬
ются для опор);
• для аварийных/особых ситуаций: постоянные и переменные
нагрузки Gk + Ак = 47 МН (аварийная нагрузка составляет
16 МН.
190
Глава 7. Свайные фундаменты
Для постоянных и переменных ситуаций рассматривают¬
ся подходы к проектированию DA-1 (сочетания 1 и 2) и DA-2.
Испытания нагрузкой непосредственно дают значения полных
(или только по стволу и концевой опоре) нормативных нагрузок,
а расчетные значения выводятся применением коэффициентов
сопротивления yt (или ys и уь ). Не предполагается, что D А-3 будет
использоваться с результатами испытаний свай нагрузкой, по¬
скольку метод расчета с коэффициентом надежности по матери¬
алу предполагает использование параметров прочности грунта.
Подход к проектированию 1
Подход к проектированию DA-1, сочетание 1, предполагает при¬
менение частных коэффициентов из комплектов А1 и R1 При¬
ложения А. Такое применение коэффициентов ведет к возникно¬
вению следующих расчетных воздействий и расчетных значений
сопротивлений:
Fc>d= l,35Gk= 1,35х31 = 41,85 МН
£C(d= £C(k/Yt= 12,1/1,0= 12,1 МН.
Поэтому количество требуемых свай равно 41,85/12,1 = 4.
Подход к проектированию DA-1, сочетание 2, предполага¬
ет применение частных коэффициентов из комплектов А2 и R4
Приложения А. Такое применение коэффициентов ведет к воз¬
никновению следующих расчетных значений воздействий и рас¬
четных значений сопротивлений:
FCtd = l,0Gk = 1,0x31 =31 МН
£c,d = £c(k/Yt= 12,1/1,3 = 9,3 МН.
Поэтому количество требуемых свай равно 31/9,3 = 4.
Требование к DA-1 предусматривает применение более кон¬
сервативного значения, определенного обоими сочетаниями. Ко¬
личество требуемых свай оказалось одинаковым, таким образом,
согласно этому примеру, разницы между методами расчета коли¬
чества свай не получено.
Следует отметить, что в этом подходе к проектированию в
сочетании 1 предлагается следующее значение общего коэф¬
фициента надежности (OFS) для значения сопротивления, как
минимум:
yFyt = 1,35 х 1,0 = 1,35,
тогда как в сочетании 2 общий коэффициент надежности состав¬
ляет
п. 7.6.2.2(14)Р
п. 2.4.7.3.42(2)?
п. 2.4.7.3.42(2)?
191
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
yFyt = l,0xl,3= 1,3.
Относительно измеренного среднего значения сопротивления
сваи, т.е. включая Ъ>= 1,10, указанные значения становятся сле¬
дующими:
OFS = 1,49 и 1,43 соответственно.
Подход к проектированию 2
Для подхода к проектированию DА-2 должны применяться ROM-
п. 2.4.7.3.4.3(1)Р плекты А1 и А2 Приложения А. Таким образом, значения расчет¬
ных воздействий и расчетных сопротивлений высчитываются
следующим образом:
FCtd= l,35Gk = 41,85 МН
£c,d=£c,k/Yt= 12,1/1,1 = 11,0 мн.
Поэтому количество требуемых свай равно 41,85/11,0 = 4.
Следует учитывать, что в DA-2 предлагается значение обще¬
го коэффициента надежности (OFS) для нормативного значения
сопротивления, как минимум:
yFyt = 1,35 х 1,1 = 1,5,
а для измеренного среднего значения общий коэффициент на¬
дежности — 1,65.
Аварийные/особые ситуации
Для аварийной ситуации все частные коэффициенты для значе-
п. 2.4.7.1(3) ний нагрузок следует принять равными 1,0. Считается, что коэф¬
фициент сопротивления, равный 1,0, может относиться к расчет¬
ным значениям сопротивлений, в частности, в аварийных/осо¬
бых ситуациях. Таким образом, расчетные значения воздействий
и расчетные значения сопротивлений равны
Fc d= 1,0 G* + l,0Ak = 47 МН
£c,d= £c,k/Yt= 18,1/1,0 =12,1 МН.
Поэтому количество требуемых свай равно 47/12,1 = 4.
В заключение можно отметить, что для заданных нагрузок, со¬
гласно расчетам по условиям предельного напряженного состоя¬
ния в постоянных и переменных ситуациях, для мостовой опоры
необходимо четыре сваи длиной L = 55,5 м.
192
Глава 7. Свайные фундаменты
Пример 7.2: проектирование сваи, работающей на сжатие,
по результатам полевых испытаний
Необходимо спроектировать фундамент на забивных сваях, по¬
гружаемых в незначительно переуплотненный глинистый грунт;
фундамент рассчитывается на восприятие постоянных и пере¬
менных сжимающих нагрузок. Значения нагрузок представлены
постоянной нагрузкой Gk = 3900 кН и значением переменной на¬
грузки Qk = 800 кН.
Имеются результаты прессиометрических испытаний трех
профилей (PI, Р2 и РЗ); весь район может считаться «однород¬
ным» (незначительное отклонение обнаружено по результатам
испытаний грунта). Диаметр свай В = 400 мм, а предполагаемая
глубина забивки L = 13 м.
В этом расчете учитываются только предельные напряженные
состояния для постоянных и переменных условий. Кроме того,
считается, что при расчете свайного фундамента нет необходи¬
мости учитывать групповой эффект. Кроме того, при полном рас¬
чете фундамента необходимо проверить:
• наличие аварийных/особых ситуаций;
• предельные состояния по пригодности к эксплуатации, напри¬
мер, проверка допустимости осадок фундамента.
Рассматриваются только подходы к проектированию DA-1 и
DA-2 (сочетания 1 и 2). DA-3 не предназначен, в принципе, для
рассмотрения результатов испытаний, полученных на месте вы¬
полнения работ. В DA-3 используется увязка коэффициентами
надежности по материалу; этот подход должен применяться
только с результатами лабораторных испытаний и параметрами
прочности грунта.
Следует иметь в виду, что комплекты расчетов для DA-1 и
DA-2 были бы такими же, если бы результаты испытаний кони¬
ческим пенетрометром применялись с процедурой «модельной
сваи».
Используются правила расчета результатов прессиометриче¬
ских испытаний, указанные в Приложении D.3 к EN 1997-2, и
применяется коэффициент моделирования (калибровки) yRD,
равный 1,05. Такое значение выбрано для использования с ре¬
комендуемыми значениями частных коэффициентов, данных в
Приложении А для подхода к проектированию DA-2, с целью по¬
лучения значения общего коэффициента надежности, аналогич¬
ного значению, указанному в действующих французских строи¬
тельных правилах и нормах, относящихся к правилам расчета ре¬
зультатов прессиометрических испытаний (см. работу Франка,
п. 7.6.2.3(6)Р
п. 7.62.3(2)
193
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
1999 г.). Чтобы облегчить сравнение результатов, значение yRD =
1,05 будет применено ниже для DA-1.
Исходя из значений предельных давлений рх (по испытанию
трех профилей грунта), в табл. 7.2 приведены средние значения
результирующего предельного давления, установленного у кон¬
цевой опоры, р\ base, и значения результирующего предельного
бокового давления вдоль ствола, pj shaft.
Таблица 7.2
Результирующие предельные давления,
действующие на сваю
Результаты
прессиометрических испытаний
Среднее значение
всех значений
Р1
Р2
Р3
Р I, основание» МПа
0,98
0,78
0,81
0,86
РI, ствол» МПа
0,77
0,73
0,78
0,76
п. 7.6.2.3(3)Р Рассчитанное предельное сопротивление фундамента сжатию
выводится по формуле
Дс, d = ^b, d + &>, d> О-6)
где Rh d — расчетное вычисленное сопротивление концевой опоры
сваи, полученное из Д5 d = Rs к /У s»а Rs,d ~ расчетное вычисленное
боковое сопротивление ствола, полученное из Rb d = Дь,к/Уь-
Процедура моделирования сваи
п. 7.6.2.3(5)Р Согласно EN 1997-1, для DA-1 и DA-2 нормативное значение
сопротивления сваи сжатию Rc k определяется на основании со¬
ответствующих средних и минимальных вычисленных значений
(ДсаЬтеапИ ДСа1, min) ПО Следующей формуле:
Дс, к — ПИП{ДСа1, mean /^3» Дса1, min /^4}* (^-8)
Значения коэффициентов корреляции (%3, £^) зависят от ко¬
личества исследованных профилей грунта n, a i?cal mean и i?cal min
получены расчетом значений сопротивления свай сжатию по
каждому профилю (процедура «моделирования сваи»).
В дальнейшем применяются результаты прессиометрических
испытаний. Все расчетные шаги будут аналогичны шагам, если
бы использовались результаты испытаний коническим пенетро¬
метром с процедурой «моделирования сваи», а не с результатами
прессиометрических испытаний.
Для прессиометра получены следующие расчетные критерии
(см. EN 1997-2):
194
Глава 7. Свайные фундаменты
• грунт относится к категории «глина А»;
• коэффициент сопротивления (по концевой опоре) k= 1,4;
• для расчета значения бокового сопротивления ствола использу¬
ется расчетная кривая 1.
Таблица 7.3
Значения прогнозируемых сопротивлений, полученных
по результатам прессиометрических испытаний,
и рассчитанные значения сопротивлений сваи
Профиль грунта для
прессиометрическо-
го испытания
Яь,
кН
Rs,
кН
Яь + Rs, кН
Яс,са|-(ЯЬ + ЯRD’
1
172
498
670
638
2
137
482
619
590
3
143
503
646
615
Мин. значение 590
Средн. значение 614
В табл. 7.3 приведены прогнозируемые значения сопротивле¬
ний концевой опоры и ствола, исходя из исследования трех про¬
филей грунта с помощью прессиометрических испытаний, а так¬
же рассчитанное значение сопротивления сжатию Rc>cai, с учетом
коэффициента моделирования yRD = 1,05.
Для настоящего примера, руководствуясь табл.А.10,
п = 3, поэтому = 1,33 и = 1,23. Если предположить, что кон¬
струкция достаточно жесткая и прочная, чтобы передать нагруз¬
ки со слабых свай на сильные, то указанные значения могут быть
разделены на 1,1. Таким образом, применяемыми значениями
являются: = 1,33/1,1 = 1,21 и = 1,23/1,1 = 1,12, а отсюда ха¬
рактеристическое сопротивление сваи определяется следующим
образом:
Rk = min{614/l,21; 590/1,12} = min(507; 527) = 507 кН.
Установленный результат подтверждает, что среднее значе¬
ние является определяющим (это относится к грунту, у которого
стандартное отклонение значения сопротивления составляет ме¬
нее 10 %, значит, грунт территории соответствует определению
«однородный».
В настоящем примере, поскольку среднее значение сопротив¬
ления считается определяющим, применение = 1,21 к средним
рассчитанным значениям сопротивления основания и ствола ве¬
дет к получению их расчетных значений:
Rb k= (172/1,05 + 137/1,05 + 143/1,05)/(3 х 1,21) = 143/1,21 =
= 118 кН.
п. 7.62.3(7)
195
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
п. 2Л.7.3.4.2(2)Р
п. 2.4.7.3.4.2(2)Р
Rs k = (498/1,05 + 482/1,05 + 503/1,05)/(3 х 1,21) = 471/1,21 =
= 389 кН.
£Cik= 118 + 389 = 507 кН.
Подход к проектированию 1
При использовании DA-1 считается правильным, в первую оче¬
редь, применить коэффициенты сочетания 2, поскольку этим со¬
четанием, как правило, определяются геотехнические размеры, а
затем проверяется соответствие этих размеров сочетанию 1, обе¬
спечивающему контроль расчетов по отношению к надежности
конструкции.
Применение сочетания 2 предусматривает использование
частных коэффициентов комплектов А2 и R4 Приложения А, что
ведет к определению следующих расчетных значений воздей¬
ствий и сопротивлений:
Fc> d= l,0Gk + 1,30,= 1,0x3900+ 1,3x800 = 4940 кН
*c,d = iWYb + *s,k/Ys = 118/1,3 + 389/1,3 = 390 кН.
Таким образом, требуемое количество свай равно 4940/390 =
= 12,7, которое округляется до 13. Эквивалентный общий коэф¬
фициент надежности (OFS) может рассматриваться в виде об¬
щего прогнозируемого среднего значения сопротивления фунда¬
мента (Rh + Rs), т.е.
13 х (670 + 619 + 646)/3 = 13 х 645 кН
из табл. 7.3, делённого на общую приложенную расчетную на¬
грузку, т.е. 3800 кН + 800 кН, что и дает
OFS = 13x645/4700 = 1,78.
Применение сочетания 1 предусматривает использование
частных коэффициентов комплектов А У и R1 Приложения А, ко¬
торое ведет к определению следующих расчетных значений воз¬
действий и сопротивлений:
FCid = l,35Gk + 1,5^ = 1,35 х 3900 + 1,5 х 800 = 6465 кН
^c,d = Дьл/Yb + *s,k/Ys = 118/1,0 + 389/1,0 = 507 кН.
Таким образом, требуемое количество свай 6465/507 = 12,8,
которое также округляется до 13. Так же, как и для сочетаний 2
OFS = 1,78.
Согласно DA-1, должно применяться наиболее консерватив¬
ное значение, полученное одним из двух сочетаний.
196
Глава 7. Свайные фундаменты
Подход к проектированию 2
В подходе к проектированию DA-2 применяются комплекты А У
и R2 Приложения А. Поэтому расчетные значения воздействий и
сопротивлений высчитываются следующим образом:
FCtd = l,35Gk + l,5Qk = 1,35 x 3900 + 1,5 x 800 = 6465 кН
£c,d = Ль,к/уь + WYs = 118/1,1 + 389/1,1 = 461 кН.
Таким образом, требуемое количество свай 6465/461 = 14.
Эквивалентный общий коэффициент надежности (OFS) может
рассматриваться в виде общего рассчитанного среднего значения
сопротивления фундамента, т.е. 14 х 645, деленного на общую
приложенную расчетную нагрузку, т.е. 3800 кН + 800 кН, что и
дает
OFS = 14x645/4700 = 1,92.
«Альтернативная» процедура
Для подходов к проектированию DA-1 (сочетания 1 и 2) и DA-2
п. 7.6.23(8) допускается определение значений У?ьди к непо¬
средственно на основании значений параметров грунта. Счита¬
ется, что для расчета можно применять те же правила, которые
применяются в процедуре «модельной сваи». Эти правила могут
применяться двумя способами: или с расчетными, или со средни¬
ми значениями параметров грунта.
Применяя средние значения р{ вдоль ствола или у концевой
опоры сваи для прогнозирования значений сопротивлений ство¬
ла и основания, данные в табл. 7.2, соответствующих более тра¬
диционной практике расчета, можно определить
Дщеап = (Rs, k+ ^b,k)/YRD = (495 + 151)/1,05 = 615 кН.
615/507 = 1,21; значит, это значение в 1,21 раза больше харак¬
теристического значения для процедуры «модельной сваи» (оно
соответствует значению %3). Это показывает, что, если одинако¬
вые значения частных коэффициентов нагрузок и сопротивле¬
ний концевой опоры и ствола должны применяться в DA-1 (со¬
четания 1 и 2) и DA-2 при использовании альтернативной проце¬
дуры, то значения частных коэффициентов (см. Приложение А)
необходимо будет откорректировать с помощью коэффициента
моделирования больше 1,0 (см. примечание в п. 7.6.23(8)). Ре¬
зультаты применения альтернативной процедуры, в сравнении с
результатами применения процедуры «модельной сваи», затем
напрямую связываются с выбором данного коэффициента моде¬
лирования.
п. 2.4.7.3.4.3( 1)Р
п. 7.6.2.3(8)
п. 7.6.2.3(8)
197
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
В табл. 7.4 приведены значения Rk и Rd полученные с исполь¬
зованием разных Подходов к проектированию и процедур.
Таблица 7.4
Значения Як (или Ятеап) и Rd, кН
Процедура моделирования сваи
Альтернативная
процедура
DA-1
DA-2
DA-1, DA-2
Сочетание 2
Сочетание 1
507
507
507
Ятеап: 615*
390
507
461
* Зависит от применяемого подхода к проектированию и значения вводи¬
мого дополнительного коэффициента моделирования
Пример 7.3: проектирование сваи, работающей на сжатие,
по результатам лабораторных испытаний
В этом примере рассматривается расчет отдельной буронабивной
сваи по условиям предельного напряженного состояния, устраи¬
ваемой в глине (диаметр сваи В = 0,80 м), используя значение
прочности недренированного грунта на сдвиг с u с целью предот¬
вращения потери несущей способности в постоянных и пере¬
менных расчетных ситуациях. Значения нагрузок представлены
значением постоянной нагрузки Gk = 600 кН и одним значением
отдельной переменной нагрузки Qk = 300 кН. Расчет требуется
для определения необходимой длины (I) сваи, предполагаемая
длина которой составляет 18,5 м.
Грунт исследовался методом бурения скважин; рассматрива¬
лись три профиля грунта (п = 3: ВН1, ВН2 и ВНЗ). На рис. 7.2
изображены три профиля сопротивления недренированному
сдвигу си; замеры выполнялись на образцах, взятых из скважин.
Средние значения недренированного сдвига глины си вдоль
ствола сваи (cu shaft ) и вблизи от концевой опоры сваи на глубине
18,5 м (cu ьа5е) приведены в табл. 7.5. Нормативные значения рас¬
считывались с помощью метода, рассмотренного в главе 2 насто¬
ящего Руководства.
Значение осевой несущей способности сваи рассчитывается
по формуле
R = Rs + Rbl
где Rs = пВ2аси — сопротивление на боковой поверхности ствола
(в данном случае (а = 0,75), a Rh = (пВ2/4)9си — сопротивление
концевой опоры сваи; считается, что нет необходимости
198
Глава 7. Свайные фундаменты
Сопротивление недренированному сдвигу, кПа
О 20 40 60 80
Рис. 7.2. Профили сопротивления недренированному сдвигу си,
относящиеся к скважинам ВН1, ВН2 и ВИЗ
Таблица 7.5
Определение характеристических
значений cu> shaft и cu> base
Средние значения cu
Среднее зна¬
Характеристи¬
чение всех
ческое значение
ВН1
ВН2
ВНЗ
значений
всех значений
Си. shaft" кПа
52
46
51
50
47
CUi base" кПй
33
30
42
35
32
199
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
в применении коэффициента моделирования (т.е. коэффициент
моделирования принимается за 1,0). Сопротивление ствола об¬
уславливается средними значениями сопротивления недрениро¬
ванному сдвигу по длине ствола, в то время как сопротивление
концевой опоры обуславливается местными средними значения¬
ми, близкими к низу сваи.
Расчеты выполняются в соответствии с процедурой «моде¬
лирования сваи» и «альтернативной» процедурой для подходов
к проектированию DA-1 pi DA-2, а также DA-3. Считается, что
конструкция не имеет достаточной прочности и жесткости, что¬
бы перераспределять нагрузки.
Процедура «модельной сваи»
п. 7.6.2.3(5)Р Согласно EN 1997-1, для подходов к проектированию DA-1 и DA-2
значение осевого сопротивленрш сваи Rk рассчитываются с помо¬
щью соответствующих средних и минимальных значений (Rmedп,
i^in) по формуле, называемой процедурой «модельной сваи»
Rk ~ niin{i?mean /^3, -^min /^>4}-
Значения коэффициентов корреляции зависят от количества
п исследованных профилей грунта; п = 3, = 1,33 и = 1,23 (см.
табл. А.10).
Значения i?mean и ^min получаются путем расчета значения со¬
противления Rc, для каждой скважины с использованием сред¬
них значений си (значения си измеряются в килопаскалях, а зна¬
чения сопротивлений — в килоньютонах):
Rc = Rs + Rh = nBLacu shaft + (tzB 2 /4)9cu> baSe
— 34,9cu 5^^ + 4,5cu> base-
Таким образом,
Д(ВН1) = 1815 + 148 = 1963 кН
Д(ВН2) = 1605 + 135 = 1740 кН
Д(ВНЗ) = 1780 + 189 = 1969 кН.
Следовательно,
Дтеап = (1963 + 1740 + 1969)/3 = 1891 кН
Дт1п = 1740кН
и
Rk = min{1891/l,33; 1740/1,23}
= min{1422 кН; 1415 кН} = 1415 кН.
200
Глава 7. Свайные фундаменты
Минимальное значение обуславливает степень сопротивле¬
ния, показывая изменяемость прочности на недренированный
сдвиг больше 10 % по всей площадке, а отсюда и результирующее
сопротивление сваи. Поэтому, используя минимальные средние
значения сш полученные по профилю грунта ВН2, можно уста¬
новить характеристические значения сопротивления концевой
опоры и ствола:
£sk= 1605/1,23 = 1305 кН
ДЬк= 135/1,23 = 110 кН.
Тщательная проверка результатов исследования грунта не об¬
наружила отличающиеся друг от друга «однородные» участки.
Значит, эти характеристические значения принимаются для всей
площадки.
Подход к проектированию 1
При использовании DA-1 считается правильным, в первую оче¬
редь применить коэффициенты сочетания 2, поскольку этим со¬
четанием, как правило, определяются геотехнические размеры, а
затем проверяется соответствие этих размеров сочетанию 1, от¬
носящегося к установлению размеров конструкции.
Применение сочетания 2 предусматривает использование
частных коэффициентов комплектов Л2 и R4 Приложения А, что
ведет к установлению следующих расчетных значений воздей¬
ствий и сопротивлений:
Fcd = 1,0Gk + l,3Qk = 1,0 х 600 + 1,3х300 = 990 кН
*c,d= *b,k/Yb+ WYs = 1305/1,3 + 110/1,6 = 1073 кН.
Если «степень оптимизации» определяется в виде DO =
= (jRC) d/Fc, d) ~ 1> выраженном в виде процентов, то в данном слу¬
чае DO = 8 %.
Применение сочетания 1 предполагает использование част¬
ных коэффициентов комплектов А1 и R1 Приложения А. Это
приводит к получению следующих расчетных значений воздей¬
ствий и сопротивлений:
Fc>d= l,35Gk+ l,5Qk= 1,35x600+ 1,5x300= 1260 кН
*c,d= Яьд/Yb + *s,k/Ys = 1305/1,0 + 110/1,25 = 1393 кН.
Поэтому DO = 11 %.
Требование, предъявляемое к DA-1, заключается в том, что
следует использовать более консервативный результат расчета.
В данном случае длина (18,5 м) является достаточной, чтобы со¬
ответствовать обоим условиям. Вывод: рассматриваемые сваи
могут быть немного короче.
п. 2.4.7.ЗА2(2)Р
п. 2.4.7.3.4.2(2)Р
201
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
Подход к проектированию 2
п. 2.4.7.3.4.3/1 )Р Для D А-2 должны применяться комплекты Л1 и R2 ПриложенияА.
Поэтому
Fc>d= l,35Gk+ 1,5а = 1,35x600+ 1,5x300= 1260 *Н
*c,d= *ь,к Ль + £s,k/Ys = 1305/1,1 + 110/1,1 = 1286 кН.
Значение DO = 2 % показывает, что длина сваи (L = 18,5 м)
считается оптимальной по отношению к DA-2.
п. 7.6.2.3/8) Альтернативная процедура
Подходы к проектированию 1 и 2
Для DA-1 (сочетания 1 и 2) и DA-2 в п. 7.623(8) допускается,
чтобы значения Rh k и Rs k рассчитывались непосредственно из
результатов испытания грунта с помощью альтернативной про¬
цедуры. Считается, что для расчета можно применять те же
правила, что и в процедуре «модельной сваи». Если параметры
прочности грунта используются в качестве входных значений,
видимо, по логике составителей Еврокода 7, следует применять
альтернативный метод с их расчетными значениями. Использо¬
вание расчетных значений си из табл. 7.5 приводит к значению
расчетного сопротивления, рассчитываемого по формуле
Rk= Д>, к + К к= 34,9с L1> shaft> к + 4,5cu> bas6i к = 1640 + 144 = 1784 кН.
Значение 26 % больше значения 1415 кН, полученного путем
применения коэффициентов корреляции £, как и в случае с про¬
цедурой «модельной сваи»; таким образом, выводятся следую¬
щие «степени завышения оценки»:
• для DA-1 (сочетание 2)
DO = 1,26x 1,08- 1 = 36%;
• для DA-2
DO = 1,26x 1,02 - 1 = 29%.
Это объясняется непосредственно тем, что расчетные значе¬
ния си находятся вблизи значений, определяющих процедуру
«модельной сваи» (т.е. минимальные значения, данные ВН2),
и коэффициент корреляции £ в данном случае не применяется.
Подход к проектированию 3
Для подхода к проектированию DА-3 должны применяться ком¬
плекты А1 и М2 (коэффициенты надежности по материалу) При¬
ложения А (с коэффициентами сопротивления yR = 1,0), отсюда
Fc>d= 1,35Gk+ l,5Qk= 1,35x600+ 1,5x300= 1260 кН.
202
Глава 7. Свайные фундаменты
Значение расчетного сопротивления определяется непосред¬
ственно, исходя из расчетных значений сопротивления сдвигу,
получаемых из их нормативных значений:
• для ствола сваи
^u, shaft, d ^и, shaft, к/Ycu — 47/1,40 — 33,6 кПа,
• для концевой опоры сваи
^u, base, d— ^u, base, к/Уси — 32/1,40 — 22,9 кПа
И
Rcd = 34,9cUiShafttd+ 4,5cU(baseid= 1640 + 144 = 1276 кН.
DO = 1 %, это показывает, что длина сваи (D = 18,5 м) в данном
примере является оптимальной по отношению к подходу к про¬
ектированию DA-3.
Вывод
Если исключить альтернативный метод расчета, то три подхода
к проектированию, определенные Общеевропейскими техниче¬
скими кодексами, обеспечивают аналогичные результаты рас¬
чета. DA-1 считается менее консервативным, a DA-3 — более
консервативным, в то время как DA-2 предусматривает получе¬
ние промежуточных результатов (очень близких к результатам
DA-1). В приведенном примере значение максимального откло¬
нения, полученное с помощью трех подходов к проектированию,
довольно незначительно, принимая во внимание погрешность
расчетных моделей и неточность оценки параметров грунта. Не¬
обходимо подчеркнуть, что заключения, изложенные выше, не
являются общепринятыми, потому что иные сочетания нагрузок
и свойств материала могут привести к различным уровням кон¬
серватизма по каждому подходу.
Проектирование сваи, кроме того, может предусматривать
расчеты предельного напряженного состояния для определения
предельных аварийных/особых и сейсмоопасных ситуаций, а
также расчеты предельных ситуаций по эксплуатационной при¬
годности, т.е. проверку приемлемости осадок свай при обычном
сочетании эксплуатационных нагрузок. Расчеты по предельному
эксплуатационному состоянию могут показать необходимость
удлинения сваи, если допуски по осадкам слишком малы.
203
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
Пример 7.4: проектирование сваи, подвергаемой
отрицательному поверхностному трению
В данном примере рассматривается буронабивная свая диаме¬
тром В = 300 мм, устраиваемая в тугопластичной глине, которая
залегает под 5-метровым слоем пластичной глины, что показано
на рис. 7.3.
I Прилагаемая дополнительная нагрузка
АЛЛЛЛЛЛЛТАЛЛЛЛЛЛЛА
5 м = Z.n
Рис. 7.3. Свая, подвергаемая отрицательному поверхностному
трению (Симпсон и Дрисколл, 1998 г.)
Дополнительная нагрузка прилагается на уровне грунта и вы¬
зывает осадку пластичной глины и отрицательное поверхностное
трение сваи. Кроме того, на сваю воздействует постоянная верти¬
кальная нагрузка, расчетное значение которой равно Gk = 300 кН.
Далее рассчитывается требуемое значение IR глубины устрой¬
ства сваи в слой тугопластичной глины по условиям предельно¬
го напряженного состояния в постоянных ситуациях, используя
три подхода к проектированию (DA-1, DA-2 и DA-3).
Расчет предельных состояний по эксплуатационной пригод¬
ности требует выполнения прогноза осадок при расчетных значе¬
ниях воздействий вместе с расчетными значениями параметров
деформирования грунта.
п. 7.3.2.1(3)Р Согласно п. 7.3.2.1(3)Р, проектировщики могут выбирать в
качестве воздействия или осадку грунта, или отрицательное по¬
верхностное трение. Рассмотрение степени осадки грунта в виде
воздействия обычно выполняется с помощью полного анализа
204
Глава 7. Свайные фундаменты
взаимодействия системы грунт-свая. Этот анализ выполняется
с использованием хорошо известного подхода по кривой £-z, где
t — мобилизованное боковое трение по стволу, a z — соответству¬
ющее значение относительного перемещения системы свая-грунт
As = s — sg (где s — осадка сваи, a sg — «свободное» перемещение
грунта). Перемещение грунта sg может приниматься в качестве
функции глубины; в результате анализа определяется, в частно¬
сти, нейтральная точка, где As = 0. Ниже нейтральной точки осад¬
ка сваи больше, чем осадка грунта. Таким образом, грунт обеспе¬
чивает свае сопротивление, а не нагружает дополнительно, т.е.
трение на поверхности сваи становится положительным. Этот
анализ значительно сложнее, чем метод, предполагающий опре¬
деление значения максимального (предельного) отрицательно¬
го поверхностного трения вдоль всей длины сваи в оседающем
слое. Анализ взаимодействия выполняется с целью показать, что
значение фактического отрицательного поверхностного трения
меньше предельного значения (или потому, что отрицательное
поверхностное трение не мобилизовано полностью и/или пото¬
му, что нейтральная точка располагается где-то над нижней ча¬
стью слоя).
Основная цель данного примера — показать, каким образом
применяются три подхода к проектированию и как метод макси¬
мального отрицательного поверхностного трения применяется
для упрощения расчетов.
Таблица 7.6
Рекомендуемые значения частных коэффициентов при
расчете значения отрицательного поверхностного трения,
рассматриваемого в качестве воздействия (анализ
эфе
>ективного напряжения)
Подход
Постоянное
Отрицательное поверхностное
Сопротивление
к про¬
воздействие
трение
сжатию (положи¬
ектиро¬
ванию
конструк¬
ции, yG
Параметр проч¬
ности на сдвиг, уф
Нагрузка,
Yg
тельное трение)
ys (или уф)
DA-1
соче¬
комплект
комплект
комплект
комплект
тание 1
А1: 1,35
М1: 1,0
А1: 1,35
R1: 1,0
соче¬
комплект
комплект
комплект
комплект
тание 2
А2: 1,00
М2: 1,25*
А2: 1,00
R4: 1,3
DA-2
комплект
комплект
комплект
комплект
А1: 1,35
М1: 1,0
А1: 1,35
R2: 1,1
DA-3
комплект
комплект
комплект
комплект
А1: 1,35
М2: 1,25*
А2: 1,00
М2: 1,25
* Настоящее Руководство рекомендует, чтобы значение М2 применялось в
качестве частного коэффициента воздействия, но не в качестве коэффици¬
ента надежности по материалу, потому что отрицательное поверхностное
трение обычно рассчитывают, не прибегая к значению угла сопротивления
грунта сдвигу
п. 7.3.2.2(1)Р
п. 2А7.2А
205
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
п. 7.3.2.2( 1)Р
п. 2.4.5.2(8)
п.2.4.7.3.4
Предполагаются следующие допущения:
• Степень осадки пластичной глины достаточна для мобилиза¬
ции максимального отрицательного поверхностного трения
(предельного отрицательного поверхностного трения) вдоль
всей длины сваи, по слою пластичной глины, LD = 5 м.
• Значение длительного отрицательного поверхностного трения
на единицу площади (рассчитанного по эффективному напря¬
жению) по средней глубине LD составляет Q Dk = 20 кПа; это
относится к верхнему значению, поскольку отрицательное по¬
верхностное трение оказывает отрицательное воздействие на
поведение сваи.
• Сопротивление ствола сваи, заглубленной в слой тугопластич¬
ной глины, направлено вверх (положительное поверхностное
трение); т.е. оно противостоит отрицательному поверхностному
трению по всей длине сваи ZR, находящейся в этом слое.
• Расчетное значение длительного бокового сопротивления по
стволу на единицу площади в тугопластичной глине (рассчи¬
танного по эффективному напряжению) по средней глубине ZR,
составляет q'sk = 50 кПа.
• Значение сопротивления грунта у концевой опоры сваи счита¬
ется незначительным (i?b,k = 0).
Исходя из п. 2.4.7.3.4 и соответствующих таблиц Приложения А,
рекомендуемые значения частных коэффициентов для трех под¬
ходов к проектированию приводятся табл. 7.6.
Нормативные и расчетные значения нагрузок
Нормативные нагрузки и сопротивления представлены:
• Постоянной нагрузкой
Gk = 300 кН.
• Общим отрицательным поверхностным трением
Fd k = тzBLd q'Dk = к x 0,3 x 5 x 20 = 94,2 кН.
• Сопротивлением ствола, находящегося в слое тугопластичной
глины
Rsk = kBLr q'sk = 47,1 ZR (кН при Zrb м).
Расчетное воздействие (общая вертикальная нагрузка на сжа¬
тие) представлено в виде
*s, d— *s, k/Ys*
206
Глава 7. Свайные фундаменты
Условие, обязательное для соблюдения для всех критически
предельных состояний: Fc d<Rs d.
Способ, по которому расчетное значение отрицательного по¬
верхностного трения Fd d определяется, исходя из характеристи¬
ческого значения FD k, зависит от применяемого подхода к про¬
ектированию.
Подход к проектированию 1
Для геотехнического проектирования согласно DA-1, как прави¬
ло, в первую очередь рассматривается сочетание 2, поскольку оно
является более распространенным подходом, а затем результат
расчета проверяется относительно сочетания 1.
Для сочетания 2 используются: комплектЛ2 из табл. АЗ, ком¬
плект М1 (по Rs k) и М2 (по Fd k) из табл. А.4 и комплект R4 из
табл. А.7:
• расчетное значение отрицательного поверхностного трения
принимается за
^D, d Уф -^D, к>
где значение уф = 1,25 взято из табл. 7.6. Поэтому
FD>d = 1,25x94,2 = 117,8 кН;
• общее расчетное воздействие:
^с, d = Y с G k + FDf d = 1,0 х 300 + 117,8 = 417,8 кН;
• расчетное сопротивление вычисляется следующим образом:
d = ^S, к /у s = 47,1IR /1,3 = 36,2Zr (в кН при IR в м).
Условие^ d<i?sd приводит к ZR> 417,8/36,2 = 11,54 м.
Для сочетания 1 применяются комплекты Л У, М1 и R1:
• расчетное значение отрицательного поверхностного трения,
рассматриваемое в качестве неблагоприятного воздействия,
равняется
^D.d=YG^D,k= 1,35x94,2= 127,2 кН;
• общее расчетное воздействие:
^c,d = Yg Gk + ^D)d= 1,35 X 300 + 127,2 = 532,2 кН;
• при Lr = 11,54 м (из сочетания 1), расчетное сопротивление
составляет
i?,d=*s,k/Ys = 47,1LR/1,0 = 47,1 X 11,54 = 543,5 кН.
п. 2.4.7.3.4.2(2)Р
п. 2.4.7.3.4.2(2)Р
207
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
Следовательно, условие Fc d < Rs d соблюдено и LR = 11,54 м
представляет собой окончательный результат проектирования
согласно DA-1.
Следует иметь в виду, что для проектирования конструкции
свай необходимо учитывать наибольшее значение воздействия
(общую вертикальную сжимающую нагрузку), которое задается
сочетанием 1: FCtd = 532,2 кН.
Подход к проектированию 2
п. 2.4.7.3.4.3(1)Р В данном подходе применяются комплекты Л У, МУ и R2\
• расчетное значение отрицательного поверхностного трения
рассматривается в качестве неблагоприятного воздействия
fd, d = Yg ^d, k = 1 >35 x 94,2 = 127,2 кН;
• общее расчетное воздействие
^c.d = YG Gk + FDtd= 1,35x300+ 127,2 = 532,2 кН;
• расчетное сопротивление составляет
RStd = Ди/Ys = 47,1Zr /1,1 = 42,8Zr (в кН, при DRв м).
Условие Fc d< Rsk приводит к LR > 532,2/42,8 = 12,43 м; для рас¬
чета конструкции сваи следует применить Fc d = 532,2 кН.
Подход к проектированию 3
п. 2.41.3.4.4(1 )Р Применяются комплекты Л1 (для Gk) или Л2 (для FD k), М2 (для
^D,k И ^S,k) И R3:
• расчетное значение отрицательного поверхностного трения,
полученное из FD d = уф FD k, где уф= 1,25 выбирается из табл. 7.6.
Поэтому
FDid= 1,25x94,2 = 117,8 кН;
• общее расчетное воздействие
i7c,d = YGGk + i7D(d= 1,35x300 + 117,8 = 522,8 кН;
• расчетное сопротивление в тугопластичной глине принима¬
ется за
*s,d = *s,k(tg<i>'d)= ДиЛф»
т.е. путем применения частного коэффициента надежности по
материалу уф непосредственно к Rs k (или g'S)k), потому что Rs (или
q's ) независимо от tg ф' k. Поэтому
208
Глава 7. Свайные фундаменты
jRS(d= 47,1IR /1,25 = 37,7LR (в кН, при ZR в м).
Условие Fc>d< Rs d приводит к LR > 522,8/37,7 = 13,87 м, а для
расчета конструкции сваи применяется Fc d = 522,8 кН.
Вывод
Самая большая длина сваи (из трех подходов к проектированию)
требуется согласно DA-3: LR = 13,87 м; в DA-1 длина сваи состав¬
ляет LR = 11,54 м, в DA-2 — Lr = 12,43 м. Это объясняется тем, что
для DA-3 значения частных коэффициентов равны 1,25 или 1,35.
Кроме того, можно поспорить с тем, что применение коэффици¬
ента корреляции £ к прогнозируемым значениям трения ствола
qs в DA-1 и DA-2 (см. пп. 7.6.2.2(8)Ри 7.6.23(5)Р) привело бы к
более низким значениям q's b чем в DA-3 (для которого они не
применимы).
Пример 7.5: выталкивающее воздействие на свайные
конструкции
Введение и описание проблемы
В данном примере рассматривается подземная конструкция,
подвергаемая выталкивающему воздействию воды; требуется
проверить только выталкивающее воздействие. Установлено,
что необходимо обеспечить устойчивость свай, работающих на
растяжение, по отношению к выталкивающему воздействию. Два
механизма разрушения, приведенные в п. 7.6.3.1 (3)Р и которые
следует учесть в данной ситуации, представлены выдергиванием
свай из массы грунта и выталкиванием грунтового блока со сва¬
ями. Степень устойчивости конструкции по отношению к обоим
указанным механизмам разрушения в данном примере определя¬
ется с помощью только частных коэффициентов предельного на¬
пряженного состояния. Однако, поскольку устойчивость против
разрушения, вызываемого выдергиванием свай, предусматрива¬
ет рассмотрение прочности грунта, обеспечивающего сопротив¬
ление, этот механизм, кроме того, необходимо оценить с помо¬
щью частных коэффициентов предельного состояния по потере
несущей способности грунта.
Плита заглубленного сооружения расположена на глубине
Я = 20 м ниже уровня грунтовых вод, как показано на рис. 7.4.
Давление воды гидростатическое. Таким образом, конструкция
подвержена взвешивающему действию воды, равному ywater Я =
= 10 кН/м3 х 20 м = 200 кН/м2. Конструкция простирается выше
уровня грунтовых вод, поэтому давление воды на конструкцию,
направленное вниз, отсутствует.
п. 7.6.2ЩР
п. 7.6.2.3(5)Р
п. 7.6.3.1(3)Р
209
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
п. 7.6.3.3(4)Р
п. 7.6.3.3(6)
п. 7.6.3.3(2)
п.2.4.7.4
Нормативное значение постоянного веса конструкции (вы¬
численного с помощью низких характеристических значений
единичного веса материалов, например, 23,5 кН/м3 для бетона)
составляет gk =100 кН на квадратный метр площади сплошного
фундамента.
Конструкция опирается на сваи, работающие на растяжение:
вначале предполагалось, что будет установлена одна свая на каж¬
дые 5 м2. Диаметр свай В = 0,5 м. Нормативное значение удельно¬
го сопротивления ствола сваи разрыву составляет qs k = 70 кПа.
Это характеристическое значение установлено согласно одному
из методов расчета, изложенного в разделе 7 (используя проце¬
дуру «моделирования сваи», предусматривающую применение
значений или используя «альтернативную» процедуру; коэф¬
фициент моделирования принимается равным 1,0). В значении
нормативного сопротивления должно учитываться отрицатель¬
ное влияние взаимодействия между сваями, работающими на
растяжение, когда они забиты вблизи друг от друга.
Проверка относительно разрушения, вызываемого
выталкивающим воздействием
Соблюдение расчетных требований, направленных на предотвра¬
щение разрушения, вызываемого выталкивающим воздействи¬
ем, проверяется по следующему математическому неравенству:
^dst, d ^ Gstbj d + R d. (2.8)
Рекомендуемые значения частных коэффициентов выталки¬
вающих воздействий по условиям критически предельных со¬
стояний (см. табл. А. 15) составляют yG dstb =1,0 для постоянного
210
Глава 7. Свайные фундаменты
дестабилизирующего воздействия и yG stb = 0,9 для постоянного
стабилизирующего воздействия. Поэтому:
• расчетное значение дестабилизирующей выталкивающей
силы (на м2) составляет
• расчетное значение стабилизирующего веса (на м2) составляет
Поскольку ydst d = 200 кН > Gstb d = 90 кН, то расчетное тре¬
бование по предотвращению выталкивающего воздействия со¬
ставляет i?d > 110 кН/м2; это значение должно обеспечиваться
сваями, работающими на растяжение.
Расчетное значение сопротивления сваи и ее длины:
разрушение отдельной сваи при растяжении
Если сваи забиты с плотностью 1 свая на каждые 5 м2, как это
показано на рис. 7.5, то расчетные значения дестабилизирующих
и стабилизирующих сил на каждых 5 м2 составляют Vdst>d = 5,0 х
х 200 = 1000 кН и Gstb(d = 5,0 х 100 = 450 кН соответственно, с тем
чтобы растягивающая нагрузка воспринималась каждой сваей.
Vdst. d = Ус, dst Ywater Я = 1,0 х 10 х 20 = 200 кН;
^stb.d- YG,stb£k - 0,9 х 100 - 90 кН.
^d - ^dst, d — ^stb, d - 1000 — 450 - 550 кН.
cstb d= °*9 x 100 x 5 = 450 кН: стабилизирующее
~p воздействие
vdst,d ~ 1,0x10x20x5 = 1000 кН: дестабилизирующее
воздействие
Rd = Rkft= LB ^sk/1-4 = L x 0,5 x n x 70/1,4
Рис. 7.5. Схема равновесия для отдельно взятой сваи и части
ростверка; плотность забивки — 1 свая на 5 м2 в условиях
выталкивающего воздействия
211
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
Нормативное значение сопротивления отдельной сваи растя¬
жению задается формулой
i?k = nBqs kL = 3,14 х0,5 х70 xl = 1101 (в кН приL в м).
Расчетное сопротивление растяжению отдельно взятой сваи
Rd определяется путем применения частного коэффициента вы¬
талкивающего воздействия yt s = 1,40 к нормативному значению
сопротивления растяжению сваи i?k (см. табл. А.16):
*d = i4/Yt,s=(H0xL)/l,4.
Длина сваи L без труда определяется с помощью неравенства
(2.8):
550 <110x1/1,4.
Таким образом, L > 7,0 м; т.е. минимальная длина отдельной
сваи, соответствующая условиям выталкивающего воздействия,
составляет 7,0 м.
Примечание: в предыдущем расчете собственный вес свай не принимался
во внимание. Если в расчет включается вес сваи в погруженном состоянии, то
L = 6,85 м.
Разрушение грунтового блока со сваями и грунтом,
заключенным между сваями
Необходимо проверить длину свай и расстояния между ними,
чтобы убедиться в том, что разрушения блока по предельному
напряженному состоянию, т.е. разрушения конструкции и грун¬
тового блока со сваями, вызванного выталкивающим воздействи-
п. 7.6.3.1(4)Р ем, не происходит. В n. 7.6.3.1 (4)Рив п. 2.4.7.4(1)Рпрецпоштгет-
п. 2.4.7.4(1)Р ся, что математическое неравенство, относящееся к разрушению
блока, следует выразить в зависимости от общих напряжений.
Далее, с целью сравнения, выполняются анализы как общего на¬
пряжения, так и эффективного:
а) анализ общего напряжения
• При расчете общего напряжения сила, действующая вниз на
1 м2, представлена весом конструкции (100 кН) плюс общий
вес грунтового блока со сваями на квадратный метр:
gk + Ysoil^
где L — длина свай в метрах, a ysoii — удельный вес грунта на ку¬
бический метр, выраженный в килоньютонах. Больший вес свай,
212
Глава 7. Свайные фундаменты
по сравнению с весом грунтового блока, в данном примере не
учитывается, поскольку это имеет незначительное влияние на
результат.
• Сила, действующая вверх на квадратный метр плоскости через
опоры свай, представлена давлением воды:
У water (H+L).
Частные коэффициенты yG stb и yG> dst применяются к стабили¬
зирующим и дестабилизирующим воздействиям на блок грунта
и конструкцию. Расчетное математическое неравенство для вы¬
талкивающего воздействия при предельном напряженном состо¬
янии имеет вид
Yg, dst Ywater -О — У G, stb (Y k Ysoil -O*
Вставив рекомендуемые значения (см. табл. А. 15) частных ко¬
эффициентов yG stb = 0,9 и yG> dst = 1,0, получаем
I > (1,0 х 10 х 20 - 0,9 х 100)/(0,9 х 20 - 1,0 х 10) = 13,75 м;
б) анализ эффективного напряжения
• При анализе эффективного напряжения, сила, действующая
вниз на единицу площади, представлена весом конструкции
на квадратный метр плюс вес погруженного (эффективный)
грунтового блока со сваями на квадратный метр:
&k +Y soil L.
• Сила, действующая вверх на квадратный метр, представлена
давлением воды на сплошной фундамент:
Ywater-^*
Применив частные коэффициенты yG stb и yG dst получаем рас¬
четное неравенство
УG, dst Ywater^— УG, stb Оэк У soil
L).
Вставив рекомендуемые значения частных коэффициентов
Ус, stb = 0,9 и yG) dst = 1,0, получаем
I > (1,0 X 10 X 20 - 0,9 X 100)/(0,9 X 10) = 12,2 м.
Сравнение анализов общего напряжения и эффективного
напряжения
Результаты анализа общего напряжения более консервативны,
чем результаты анализа эффективного напряжения (L > 13,75 м,
п.А.4(1)Р
213
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
по сравнению с L > 12,2 м). Заметьте, что результат анализа об¬
щего напряжения был бы аналогичен результату анализа эффек¬
тивного напряжения, если бы давление воды по обеим сторонам
математического неравенства рассматривалось аналогичным об¬
разом, т.е. применением такого же (неблагоприятного) частного
коэффициента yG dst к обеим сторонам неравенства (согласно
принципу «одного источника».
В следующем разделе принимается более консервативный
результат анализа (результат анализа общего напряжения):
L > 13,75 м. Это вызвано тем, что:
п. 7.6.3.1(4)Р • рекомендуемые значения табл. А. 15 предназначаются для ис¬
пользования с методикой расчета общего напряжения, как от¬
мечено в п. 7.6.3.1 (4)Р;
п. 2.4.1Л(2)Р • эквивалентный общий коэффициент надежности, получен¬
ный применением рекомендованных значений частного коэф¬
фициента из табл. А. 15 yG, stb и Yg, dst» Уже представляется очень
незначительным (yG, dst /Ус, stb = М).
Поскольку длина сваи больше L = 7 м, как уже было опреде¬
лено ранее, выясняется, что в данном примере длина свай опре¬
деляется критерием разрушения, вызываемого выталкивающим
воздействием на блок грунта со сваями, а не суммой значений
сопротивлений растяжению отдельно взятых свай.
Оптимизация интервалов между сваями
Длина сваи, необходимая для обеспечения непревышения пре¬
дельного напряженного состояния выталкивающего воздей¬
ствия, вызываемого потерей сопротивления свай растяжению,
при наличии одной сваи на 5 м2, составляет 7 м. В то же время
длина свай, призванная обеспечивать надежность сопротивле¬
ния выталкивающему воздействию, оказываемому на грунт с
конструкцией и сваями, составляет 13,75 м. Поэтому оптималь¬
ное расстояние между сваями должно быть таким, чтобы указан¬
ные механизмы разрушения не превышали значения своего воз¬
действия. Теперь определим эти значения.
Расчетная длина свай равна 13,75 м, а характеристическое зна¬
чение сопротивления растяжению на единицу длины составляет
110 кН. Отсюда их расчетное значение сопротивления растяже¬
нию будет равно
Rd = 13,75x110/1,4= 1080 кН.
Поскольку расчетная нагрузка, воспринимаемая одним ква¬
дратным метром, составляет 110 кН, то требуется 1 свая на каждые
214
Глава 7. Свайные фундаменты
1080/110 = 9,8 м2. Такое оптимальное расстояние между сваями
относится и к потере сопротивления сваи, и к разрушению грун¬
тового блока, значения которых не должны превышаться.
Расчетное значение растягивающей силы, действующей
на сваю, для определения конструкции сваи по условиям
предельного напряженного состояния
Проектирование конструкции свай должно выполняться с ис¬
пользованием наиболее высоких коэффициентов выталкиваю¬
щих воздействий и предельных состояний по разрушению кон¬
струкций. Очевидно, что коэффициенты предельных состояний
по разрушению конструкций выше коэффициентов выталкива¬
ющих воздействий. Таким образом, должна быть выполнена про¬
верка предельного состояния по разрушению конструкции с при¬
менением соответствующих коэффициентов.
Постоянный вес конструкции представляет собой благопри¬
ятное воздействие, поэтому его расчетное значение определяет¬
ся с применением коэффициента воздействия для постоянных
благоприятных нагрузок по условиям предельного напряженно¬
го состояния по разрушению конструкции и по потере несущей
способности грунта {табл. АЗ):
Gd = 1,0x100x9,8 = 980 кН.
Сила, действующая вверх, вызываемая давлением воды вели¬
чиной 200 кН/м2 является неблагоприятным воздействием, по¬
этому её расчетное значение, действующее на сваю, определяется
с помощью коэффициента воздействия для постоянных неблаго¬
приятных нагрузок по условиям предельных напряженных со¬
стояний по разрушению конструкции и по потере несущей спо¬
собности грунта (табл. А.З):
Wd = 1,35 х 200 х 9,8 = 2646 кН.
Поэтому расчетное воздействие для проектирования кон¬
струкции сваи является отрицательным, поскольку оно пред¬
ставлено силой растяжения
Fd = Gd-Wd = 980 - 2646 = -1666 кН.
Обсуждение
1. В приведенном выше примере для удобства принято, что
противодействующий блок грунта имеет упрощенную форму.
Можно рассматривать более сложные формы, учитывая кону-
сообразность стабилизирующих грунтовых масс у основания
свай и вокруг краёв свай.
215
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
2. Эквивалентный общий коэффициент для отдельной сваи по
условиям выталкивающего воздействия составляет примерно
1,55% (т.е. (1,4/0,9)%), % — коэффициент корреляции, исполь¬
зуемый для получения характеристического значения сопро¬
тивления ствола сваи. Это довольно низкое значение, которое
увеличивается применением коэффициента моделирования.
Нормативное значение поверхностного трения должно учи¬
тывать отрицательное воздействие взаимодействующих свай,
работающих на растяжение.
3. Рекомендуемое значение эквивалентного общего коэффи¬
циента надежности блока грунта по условиям разрушения
при выталкивающем воздействии составляет примерно
М (Yg, dst /Yg, stb)■ Это довольно низкое значение, которое, при
необходимости, увеличивается применением коэффициента
моделирования.
Глава 8
Анкерные крепления
В этой главе рассматриваются вопросы проектирования и рас¬
чета постоянных и временных анкерных креплений, изложен¬
ных в разделе 8 EN 1997-1. Порядок изложения материала в на¬
стоящей главе соответствует порядку изложения материала
в разделе 8:
8.1. Общие положения Пункт 8.1
8.2. Расчет по предельным напряженным Пункт 85
состояниям
8.3. Проектирование конструкции анкерных Пункт 85.4
креплений
8.4. Испытание грунтовых анкерных Пункты 8.7 и 8.8
креплений нагрузкой
Как и в других разделах EN 1997-1, в разделе 8 излагаются только
основные требования, предъявляемые к проектированию и расчету
анкерных креплений, без описания и уточнения методов расчета.
С целью оказания помощи проектировщикам в этой главе раскры¬
вается порядок определения расчетного значения нагрузки на ан¬
керное крепление, исходя из расчетов конструкции, удерживаемой
анкерами. Кроме того, объясняется порядок определения их расчет¬
ного сопротивления. В примере с использованием реакции анкеров,
рассчитанной в примере 9.2, показан процесс, начинающийся с опре¬
деления значений реакций анкеров, вычисленных с помощью рас¬
чета подпорной стены, и заканчивающийся определением значений
сопротивления анкеров, которые необходимо подтвердить испыта¬
ниями на соответствие заданным требованиям и пригодность к экс¬
плуатации.
217
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
п. Ш(2)Р
п. 8.1.2
п. 8.4
п. 8.5.4
п. 8.7
п. 8ЩР
п. 8.5. Ц1)Р
8.1. Общие положения
Анкерные крепления характеризуются свободной длиной и нали-
чием системы передачи растягивающей силы на грунт, воспринима¬
ющий нагрузку. Анкерные крепления могут быть преднапряженны-
ми (например, анкера, изготавливаемые нагнетанием цементного
раствора) или без предварительного напряжения (например, под¬
земные столбы/плиты, анкерные). В разделе 8 EN 1997-1 не рассма¬
триваются системы крепления анкеров к грунту по всей их длине,
такие как нагели или сваи.
Раздел 8 относится к разделам 9 (Подпорные конструкции),
10 (Гидравлическое разрушение), 11 (Общая устойчивость) и
12 (Дамбы), поскольку расчетное значение воздействия, воспри¬
нимаемого анкерами в предельных напряженных и в предельных
эксплуатационных состояниях должно определяться на основании
требований, установленных одним или несколькими из указанных
разделов. Разрушение группы анкеров, вызываемое выталкиваю¬
щим воздействием, проверяют и рассчитывают, используя те же
правила, которые применяются для групп свай, подвергаемых вы¬
талкивающему воздействию. Этот вопрос излагается в главе 7 на¬
стоящего Руководства.
Раздел 8 относится к EN 1537: 1999, Грунтовые анкера. В нем да¬
ются определения и рекомендации по изготовлению и испытанию
анкеров, устраиваемых путем нагнетания цементного раствора. Сле¬
дует отметить, что не во всех случаях существует надлежащая со¬
гласованность между EN 1537 и EN 1997-1. Требования к геотехни¬
ческому проектированию, изложенные в EN 1997-1, заменяют тре¬
бования EN 1537. В разделе 8.4 настоящего Руководства приводятся
некоторые аспекты, касающиеся испытания анкеров под нагрузкой.
Наклон анкерных тяг должен быть таким, при котором деформа¬
ции, вызываемые потенциальным механизмом разрушения, созда¬
вали бы самонапряжение. Такое требование обычно выполняется
применением плоских анкеров, пересекающих поверхность разру¬
шения под углом менее 90°.
8.2. Расчет по предельным напряженным
состояниям
8.2.1. Расчет анкерных креплений
Основное требование расчета анкеров по условиям предельного на¬
пряженного состояния представлено неравенством
(8.1)
где J?a>d — расчетное значение сопротивления анкера выдергиванию,
a Pd — расчетное значение нагрузки на анкер (т.е. расчетное значе¬
218
Глава 8. Анкерные крепления
ние нагрузки выдерживается анкером). Значение нагрузки на анкер
Pd выводится в виде «реакции» конструкции (например, подпорная
стена, анкеровка которой обеспечивает сопротивление давлению
грунта; склон, анкеровка которого обеспечивает сопротивление пе¬
ремещению грунта, или подземная конструкция, анкеровка которой
обеспечивает сопротивление выталкивающему воздействию). Для
предварительно напряженных анкеров значение Pd состоит из уси¬
лия предварительного напряжения Р0 (усилие предварительного на¬
пряжения в зоне анкеровки) и изменяемых сил, возникающих во вре¬
мя строительства (земляные работы) и срока службы конструкции
(нагружения). Усилие преднапряжения (усилие предварительного
напряжения в зоне анкеровки) анкеровки Р0 считается благоприят¬
ным воздействием при проектировании геотехнических конструк¬
ций (например, подпорная стена, склон или сплошной фундамент,
подвергаемые выталкивающему воздействию) (рис. 8.1).
Анкера должны рассчитываться на восприятие нагрузки, прила¬
гаемой на них, Pd, для предотвращения (рис. 8.2) следующих видов
разрушений:
• геотехнического разрушения: для анкеров, устраиваемых нагне¬
танием цементного раствора — разрушение по поверхности со¬
прикосновения грунта и застывшего цементного раствора или
разрушение в результате избыточного смещения головки анкера
или ползучести его металла; для анкерных столбов/плит, устро¬
енных в грунте, — разрушение, вызванное недостаточным сопро¬
тивлением и прочностью грунта, расположенного перед ними;
• разрушения конструкции: разрушение анкерной тяги или голов¬
ки анкера; для анкеров, устраиваемых путем нагнетания цемент¬
ного раствора — разрушение связи между тягой и корнем анкера.
Рис. 8.1. Расчет подпорной стены. Сила предварительного напряжения
(усилие предварительного напряжения в зоне анкеровки), Р0, считается
благоприятным воздействием при проектировании стены и оценке
общей устойчивости
п. 8.2(1 )Р
219
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
Конструктивное сопротивление
напрягающего элемента
Сопротивление по плоскости
соприкосновения грунта
и застывшего цементного раствора
Рис. 8.2. Расчетное значение Pd, полученное расчетом стены,
удерживаемой анкерным креплением. Расчетное значение — это
значение воздействия на анкерное крепление
Следовательно, нагрузка на анкер Pd представляет собой небла-
п. 8.3(2)Р гоприятное воздействие для геотехнического и конструкционного
проектирования анкерных креплений.
Следует отметить, что силы могут прилагаться на анкерные кре-
п. 8.3(1 )Р пления во время преднапряжения и они могут превышать проект¬
ные занчения, например, во время испытаний на соответствие тех¬
ническим условиям.
8.2.2. Расчетное значение нагрузки на анкерные
крепления
п. 8.5.5(1)Р Расчетное значение нагрузки Pd, оказываемой на анкерные крепле¬
ния, определяется на основании:
• расчета анкеруемых конструкций по условиям предельных на¬
пряженных состояний, если требуется;
• расчета анкеруемых конструкций по условиям предельных со¬
стояний по эксплуатационной пригодности.
При использовании модели расчета анкеруемой конструкции, в
которой значения давлений грунта вводятся в расчеты в качестве
известных воздействий (например, см. главу 9, рассматривающую
проектирование ограждающих стен в грунте с помощью методов
равновесия или методов эквивалентной балки), анкерные крепле¬
ния обычно моделируются в виде опоры. В этих моделях значение
усилия Р0 предварительного напряжения в зоне анкеровки не пред¬
ставлено в расчете. Вычисленная реакция опоры представляется
расчетным значением нагрузки на анкерное крепление Pd в услови¬
ях рассматриваемой расчетной ситуации (предельное напряженное
состояние или предельное состояние по эксплуатационной при¬
годности). Сила предварительного натяжения может приниматься
220
Глава 8. Анкерные крепления
в виде части (например, от 50 до 70 % или более) реакции предель¬
ного состояния по эксплуатационной пригодности.
При использовании численной модели расчета, описывающей
взаимодействие грунта и анкеруемой конструкции, параметры ан¬
керных креплений вводятся в виде (линейных) пружин, облада¬
ющих соответствующей жесткостью (например, см. главу 9, в ко¬
торой рассматривается расчет ограждающих стен в виде балок на
нелинейных пружинах и методом конечных элементов); в таких мо¬
делях считается, что значения давлений грунта неизвестны в начале
расчетов. Значения сил предварительного натяжения Р0 вводятся
в качестве благоприятных воздействий (yG = 1,0). Реакции, опре¬
деленные в анкерах, являются расчетными значениями нагрузок
на анкерном креплении в рассматриваемых расчетных ситуациях
(предельное напряженное состояние или предельное состояние по
эксплуатационной пригодности).
Выбор модели расчета зависит от требуемой точности результата
расчета. Как правило, модели, в которых значения давлений грунта
вводятся в виде известных воздействий, подходят для расчета кон¬
сольных стен по условиям предельного напряженного состояния.
Они иногда применяются в упрощенных методах для проверки пре¬
дельного эксплуатационного состояния, используя соответствую¬
щие значения напряжений (например, давление покоя) и распреде¬
ления напряжений. Модель взаимодействия нередко используется
при расчете ограждающих стен в грунте (по условиям предельного
напряженного состояния), удерживаемых несколькими рядами ан¬
керов, или когда длина стенки значительно отличается от длины,
соответствующей условиям свободной заделки и для проверки пре¬
дельного эксплуатационного состояния требуется расчет значения
перемещения.
Более подробная информация по этому вопросу представлена
в главе 9 настоящего Руководства.
Расчеты анкеруемой конструкции по условиям предельного на¬
пряженного состояния дают значение нагрузки на анкерное крепле¬
ние Pd для любого из трех принятых подходов к проектированию.
Для проверки предельных напряженных состояний частные коэф¬
фициенты берутся из табл. АЗ и АЛ. Для расчетных ситуаций, рас¬
сматривающих выталкивающее воздействие, частные коэффициен¬
ты берутся из табл. А. 15 и А. 16.
Расчет конструкции по условиям предельного эксплуатационного
состояния дает значение нагрузки на анкерное крепление PSLS, соот¬
ветствующее критериям эксплуатационной пригодности. Такое зна¬
чение может быть жестче для расчета анкерных креплений, чем зна¬
чение, полученное расчетом по предельному напряженному состоя¬
нию, особенно для жестких стен или жестких анкерных креплений,
221
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
устроенных в сильно переуплотненных грунтах или в случаях, когда
ставятся очень жесткие критерии по эксплуатационной пригодности
(перемещение). В таких ситуациях значения давлений грунта не мо¬
гут падать до их активных значений, и расчет анкерных креплений
может обуславливаться эксплуатационным критерием, предъявля¬
емым к подпорной стене. Расчетное значение нагрузки на анкерное
крепление Pd далее определяется для значения нагрузки, полученно¬
го по расчетным условиям эксплуатационной пригодности.
В следующих подразделах рассматриваются примеры расчета
нагрузок на анкерные крепления по условиям предельного напря¬
женного состояния для расчета анкеруемой конструкции по усло¬
виям предельного напряженного состояния и предельного эксплу¬
атационного состояния.
Определение расчетной нагрузки на анкерное крепление,
начиная с проверки конструкции по условиям предельного
напряженного состояния
Если применяются анкерные крепления без предварительного
напряжения или когда требования по эксплуатационной пригод¬
ности не являются жесткими, первым шагом при проектировании
является проверка геотехнической конструкции (подпорные сте¬
ны, укрепленные склоны, заанкеренные плитные фундаменты и
т.п.) по условиям предельного напряженного состояния. Для про¬
верки конструкций по условиям предельного напряженного со¬
стояния частные коэффициенты берутся из табл. АЗ и АЛ. Для
расчетных ситуаций, рассматривающих выталкивающее воздей¬
ствие, частные коэффициенты берутся из табл. А. 15 и.А.16. Расчет
по предельному напряженному состоянию дает расчетные значе¬
ния нагрузок на анкерные крепления Pd (как расчетное значение
«реакции» анкеруемой конструкции), которые будут представ¬
лены в виде воздействия, применяемого для проверки анкерного
крепления по условиям предельного напряженного состояния со¬
гласно п. 8.5.
Для предварительно напряженных анкерных креплений значе¬
ние силы предварительного напряжения (усилие предварительно¬
го напряжения в зоне анкеровки) вводят в расчет в виде значения
воздействия, используя частные коэффициенты благоприятных
воздействий(уР = 1,0). Расчетная модель взаимодействия грунт-
конструкция определяет значение «реакции» (например, нагрузку
на анкерное крепление, направленную на удержание подпорной сте¬
ны или сплошного фундамента), поскольку сила предварительного
напряжения анкерного крепления является благоприятным воз¬
действием для геотехнической конструкции. Что касается анкер¬
ных креплений без предварительного напряжения, то необходимо
отметить, что в результате расчета по предельному напряженному
222
Глава 8. Анкерные крепления
состоянию будут получены расчетные значения нагрузок на ан¬
керные крепления, необходимые для обеспечения устойчивости
конструкции по расчетным условиям предельного напряженного
состояния.
На рис. 8.3 показан этот метод расчета.
Значение усилия
предварительного
напряжения в зоне %
Рис. 8.3. Расчетная модель предельного напряженного состояния
(по разрушению конструкции и по потере несущей способности
грунта) для подпорной стенки, по которой значение силы
предварительного напряжения вводится в виде благоприятного
воздействия; в результате расчета выводится расчетное значение
нагрузки на анкерное крепление
Рис. 8.4. Модель расчета общей устойчивости с использованием
предполагаемой поверхности разрушения. Расчетное значение
сопротивления анкерного крепления, Rdt вводится в расчет
223
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
При расчетах общей устойчивости по условиям предельного на¬
пряженного состояния, показанных на рис. 8.4, когда применяется
«метод предполагаемой поверхности разрушения» (см. раздел 11.5
настоящего Руководства), расчетное значение сопротивления ан¬
керного крепления (или части анкерного крепления, находящего¬
ся вне поверхности разрушения) вводится в расчет устойчивости
в виде благоприятного воздействия.
Расчет анкерного крепления по условиям предельного
напряженного состояния, начиная с проверки конструкции
по условиям предельного эксплуатационного состояния
При применении предварительно напряженных анкерных крепле-
п. 8.5Д1)Р ний минимальное значение предварительного напряжения (усилие
предварительного напряжения в зоне анкеровки) Р0 и соответству¬
ющей реакции анкерного крепления по условиям предельного экс¬
плуатационного состояния определяется расчетами по предельному
эксплуатационному состоянию, чтобы не допустить избыточного
перемещения анкеруемой конструкции. В таких случаях предель¬
ное напряженное состояние анкерного крепления выполняется с
соблюдением указанной далее процедуры:
1. Когда применяется модель взаимодействия грунт-конструкция,
например, модель упругой предварительно напряженной пружи¬
ны для представления анкерного крепления, и модель неупругой
пружины для представления грунта, взаимодействующего с под¬
порной конструкцией (см. главу 9), в первую очередь следует
рассчитывать усилие предварительного напряжения в зоне анке¬
ровки P0)sls методом подбора, пока не будет получено значение,
соответствующее критериям перемещения по условиям предель¬
ного эксплуатационного состояния. Во вторую очередь проверяют
конструкцию по условиям предельного напряженного состояния,
используя частные коэффициенты для расчета по условиям пре¬
дельного напряженного состояния. В этом расчете значение силы
предварительного напряжения (усилие предварительного напря¬
жения в зоне анкеровки) P0>sls является благоприятным воздей¬
ствием на конструкцию и должно рассматриваться соответству¬
ющим образом (частный коэффициент воздействия yF = 1,0). В
результате расчета по предельному напряженному состоянию вы¬
водится расчетное значение нагрузки на анкерное крепление Pd.
На рис. 8.5 показана эта двухступенчатая процедура.
Следует отметить, что в подходах к проектированию 1 (DA-
1) и 2 (DA-2) значение Pd, как минимум, равно у<-Рк вследствие
использования частного коэффициента yG, приведенного в
табл. АЗ (рекомендуемое значение yG = 1,35), в DA-1, сочета¬
ние 1, и DA-2 (подробная информация изложена в главе 9) на¬
стоящего Руководства. В подходе к проектированию 3 (DA-3)
224
Глава 8. Анкерные крепления
можно обнаружить значения Pd /Рк, такие низкие, как 1,1 или
1,2, например, для жестких стен и сильно предварительно на¬
пряженных анкерных креплений. Поскольку рекомендуемые
значения частных коэффициентов сопротивления уа для расчета
сопротивления анкерных креплений по условиям предельного
напряженного состояния были установлены на допущении, что
Pd > 1,35Pk, целесообразно выполнять расчет анкерных крепле¬
ний с расчетным значением нагрузки на анкерное крепление,
равным более высоким значениям Pd и ymode\Pb где Pd получается
из расчета конструкции по условиям предельного напряженного
состояния, а Рк — из расчета конструкции по условиям предель¬
ного эксплуатационного состояния. ymodei— это коэффициент мо¬
делирования, допускаемый в п. 8.6(4). В настоящем Руководстве
рекомендуется значение ymode\t равное значению yG для неблаго¬
приятных условий (yG = 1,35 рекомендуется EN 1997-1).
Шаг 1: Расчет предельного Шаг 2: Расчет по условиям
Входные данные: значение Р0 выбирается
методом подбора, пока полученное переме¬
щение не приблизится к значению, требуе¬
мому по предельному эксплуатационному
состоянию
Выходные данные: Усилие предварительного
напряжения в зоне анкеровки P0)SLS) соответ¬
ствующее требованиям по деформации
стены и значение нагрузки на анкерное
крепление по условиям эксплуатационной
пригодности
Рис. 8.5. Пример последовательности вычислений расчетного значения
нагрузки на анкерное крепление по условиям критически предельного
состояния, начиная с проверки конструкции по условиям предельно¬
го эксплуатационного состояния с помощью модели взаимодействия
грунт-конструкция. Расчет анкерного крепления по условиям предель¬
ного напряженного состояния основывается на наибольших из следую¬
щих показателей 1,Ъ5Рк и Pd
Ввод: P0d = 1 ,OP0isls в виде благоприятного
воздействия
Вывод: Рф расчетное значение нагрузки
на анкерное крепление по условиям критически
предельного состояния
п. 8.6(4)
225
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
п. 8.6(3)
п. 8.6(4)
п. 8.5.1(2)
п. 8.5.2
п. 8.4( 10)Р
п. 8.52(2)
Когда проводятся расчеты с применением упругих моделей,
должны выбираться наиболее неблагоприятные сочетания ниж¬
него и верхнего значений упругой постоянной и силы преднапря-
жения (усилие предварительного напряжения в зоне анкеровки)
соответственно. Оценка максимальной степени жесткости ан¬
керного крепления делается, исходя из общей длины анкерного
крепления минус длина анкерной тяги; оценка минимальной сте¬
пени жесткости анкерного крепления делается, исходя из общей
длины анкерного крепления минус половина длины анкерной
тяги.
2. Когда расчеты по условиям предельного эксплуатационного со¬
стояния выполняются с помощью методов предельного равно¬
весия или методов эквивалентной конструкции (т.е. методы,
в которых предполагается, что перед началом вычисления из¬
вестны значения давлений грунта, воздействующие на стенку),
то вычисленное значение реакции по условиям предельного экс¬
плуатационного состояния следует умножить на коэффициент
моделирования с целью получения расчетного значения нагруз¬
ки на анкерное крепление. Значение коэффициента моделирова¬
ния может устанавливаться в Национальном приложении. Целе¬
сообразно, чтобы для неблагоприятных воздействий (yG = 1,35,
как таковое, рекомендуется EN 1997-1) применялось значение,
не менее значения yG.
8.2.3. Расчетное значение устойчивости анкерных
креплений
Расчетное значение сопротивления выдергиванию рассчитывается
по результатам испытаний или путем аналитических расчетов.
Степень сопротивления выдергиванию, определяемая
по результатам испытаний
Для грунтовых и винтовых анкерных креплений значение сопро¬
тивления выдергиванию i?a>k должно определяться на основании
результатов испытаний на соответствие заданным требованиям.
Расчетное значение сопротивления анкерного крепления i?a d опре¬
деляется, исходя из нормативного значения, путем применения
частного коэффициента уа:
Kd = Кк /Уа- (8.2)
Рекомендуемые значения уа для предельных состояний по разру¬
шению конструкции/по потере несущей способности грунта приве¬
дены в табл. А. 12; в Национальных приложениях эти значения могут
быть иными. Рекомендуемое значение уа = 1,0, применяемое в под¬
ходе к проектированию DA-3 (см. колонку R3), не может использо¬
ваться для определения расчетного значения сопротивления анкер¬
226
Глава 8. Анкерные крепления
ного крепления исходя из результатов испытаний на выдергивание,
поскольку в DA-3 сопротивление анкерного крепления определяет¬
ся с использованием параметров прочности грунта на сдвиг. Такое
замечание относится к определению значения сопротивления свай,
получаемого по результатам испытания нагрузкой (см. главу 7). Ре¬
комендуемые значения уа для расчетных ситуаций по условиям пре¬
дельного напряженного состояния приведены в табл. А.16.
Нормативное значение Rd k должно быть связано с результатами
испытаний посредством коэффициента корреляции £а, учитываю¬
щего количество испытаний и степень изменяемости результатов
испытаний. Если в расчет вводится значение £а, оно может уста¬
навливать связь, например, минимального значения измеренных
сопротивлений i?a,measured,min и среднего значения сопротивлений
Д*.measured,mean> ИЗМереННЫХ При ИСПЫТаНИЯХ, С НОрмаТИВНЫМ ЗНаче-
нием Rd k через отношение, аналогичное отношению, примененному
к сваям:
-^a,k — Min{i^a,measured,mean /^а,1> -^а,measured,min /^а,2}-
В EN 1997-1 не даются рекомендуемые значения коэффициен¬
тов корреляции ^а; их можно установить и указать в Националь¬
ном приложении. Значения ^а могут изменяться в диапазоне от 1,20
(одно испытание) до 1,10 (три и более испытаний); £а>2 будет изме¬
няться от 1,20 (одно испытание) до 1,05 (три и более испытаний).
В результате объединения неравенства (8.1) и уравнения (8.2)
получаем
Pd < Rd>d = RdM /у а или Да к > Pdya. (D8.1)
Если значение нагрузки на анкерное крепление Pd известно из
расчета ограждающей стены, то выбирается наиболее жесткое зна¬
чение сопротивления анкерных креплений, исходя из неравенств:
-^а,measured,min — -^dYa^a,l>
-^а,measured,mean — -^dYa^a.2-
Сопротивление выдергиванию, определенное расчетами
Расчетное значение сопротивления анкерных креплений выдерги¬
ванию должно определяться согласно правилам, изложенным в пп.
2.4.7 и 2.4.8.
Анкерные столбы/плиты, устроенные в грунте
Устойчивость анкерных креплений, устроенных в грунте, обеспечи¬
вается пассивным сопротивлением грунта, расположенным перед
ними. Расчетное значение пассивного сопротивления грунта опре¬
деляется с помощью параметров прочности грунта на сдвиг ск’ и срк’
(или сик) путем применения частных коэффициентов, указанных
в табл. А.4 и А.13, как указано далее:
п. 8.5.2(3)
п. 8.5.2(1)Р
п. 8.5.3
п. 8.5.3(1)Р
227
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
• Подходы к проектированию DA-1 и DA-3: получаем расчетные
значения параметров прочности грунта на сдвиг, применив част¬
ные коэффициенты из комплекта М1 (DA-1, сочетание 1) или
из комплекта М2 (DA-1, сочетание 2, и DA-3) согласно табл. А.4.
Значения yRe равны 1,0 по обоим подходам.
• Подход к проектированию DA-2: разделяем значение норматив¬
ного сопротивления анкерного крепления, устроенного в грун¬
те (определенного с помощью значений параметров прочности
грунта на сдвиг), на частный коэффициент yRe из комплекта R2
табл.А.13.
Анкерные крепления, устраиваемые нагнетанием цементного
раствора, и винтовые анкерные крепления
Характеристические значения сопротивления анкерных крепле¬
ний, устраиваемых нагнетанием цементного раствора, могут быть
определены с помощью графиков и других эмпирических правил
и корреляционных связей. Графики необходимо создавать на ос¬
новании экспериментальных данных; они должны обеспечивать
предоставление величины значений сопротивления анкерных кре¬
плений выдергиванию. В EN 1997-1 нечетко изложен метод опре¬
деления расчетного значения сопротивления выдергиванию с при¬
менением таких графиков. Вследствие прямой корреляционной
связи между указанными графиками и результатами испытаний
нагрузкой логично определять расчетное значение сопротивления
выдергиванию, используя неравенство (8.2):
-^a,d — -^а.к /Уа>
где уа берется из табл. А.12 (расчетная ситуация по предельному со¬
стоянию по разрушению конструкции/ по потере несущей способ¬
ности грунта) или из табл. А. 16 (расчетная ситуация по предельному
напряженному состоянию). Для учета погрешности графиков можно
использовать дополнительный коэффициент моделирования.
Усилие предварительного напряжения в зоне анкеровки
В EN 1997-1 не даются рекомендации по усилию предварительно¬
го напряжения в зоне анкеровки, но целесообразно выбрать значе¬
ние значительно ниже нормативного значения сопротивления Ra k,
чтобы не допустить деформацию ползучести. Согласно EN 1537,
усилие предварительного напряжения в зоне анкеровки не должно
быть в 0,65 раза больше нормативного значения сопротивления Ra k
анкерного крепления, устраиваемого нагнетанием цементного рас¬
твора в скважину.
228
Глава 8. Анкерные крепления
8.3. Проектирование конструкции анкерных креплений
Расчет конструкции анкерных креплений выполняется согласно
требованиям EN 1992, EN 1993 и EN 1537; при этом расчетное зна¬
чение нагрузки на анкерное крепление Pd определяется согласно
указанным выше правилам.
Согласно требованию, предъявляемому к анкерным креплениям,
предельное напряженное состояние в первую очередь должно до¬
стигаться в грунте (например, потеря сцепления между цементным
раствором и грунтом или пассивное разрушение анкерного крепле¬
ния, устроенного в грунте), до того как предельное состояние по
прочности материала будет достигнуто в анкере. Это обусловлено
тем, что следует предотвратить хрупкое разрушение материала ан¬
керного крепления, поскольку разрушение грунта происходит бо¬
лее пластично и начало этого процесса легче заметить. Для анкер¬
ных креплений, устраиваемых нагнетанием цементного раствора,
неравенство (83) может быть переписано в виде
■^t.d — -^t, k/Ystructural,a — -^a,d — -^a.k /Ya (D8.2)
ИЛИ
-^t.k — -^a.k (Ystructural.a /Та )>
где Rtk — значение расчетного сопротивления по материалу анкер¬
ного крепления, a ystructuraU — частный коэффициент надежности
по материалу анкерного крепления.
В отличие от этого, согласно рекомендациям, указанным в EN
1537, Приложение D (информативное), п. D.5.3, Pak > Rtk. Оба
требования EN 1997-1 и EN 1537 выполняются, если (ystructurai,a /
уа) меньше 1,0. Фактически требование EN 1537 обеспечивает, в
первую очередь, разрушение анкерной тяги по условиям предель¬
ного эксплуатационного состояния, а затем сцепления между за¬
стывшим раствором и грунтом. В случае расхождения требований
EN 1997-1 и EN 1537 следует руководствоваться требованиями EN
1997-1.
8.4. Испытания грунтовых анкерных креплений
нагрузкой
8.4.1. Испытание на соответствие требованиям
Указанные испытания выполняются на всех анкерных креплениях,
подлежащих эксплуатации, с целью их проверки на соответствие
расчетным требованиям. Во втором предложении пункта 8.4(10)
Р указывается, что расчетное сопротивление должно проверяться
испытанием на соответствие согласно EN 1537. В EN 1537 (инфор¬
мативное Приложение Е) подчеркивается, что допустимая нагрузка
Рр превышает 1,25Р0 и Pad, когда анкерное крепление нагружается
п. 8.5.4
п. 8.5.4(2)Р
п. 8.5.4{1)Р
п. 8.8
п. 8.1.2.3
п. 8.4(10)Р
229
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
с пошаговым увеличением («метод испытания 3») или Рр = 1,25Р0>
когда анкерное крепление нагружается циклично («методы испы¬
тания 1 и 2») от базовой нагрузки до испытательной нагрузки; Р0 —
рассчитанное усилие преднапряжения (усилие предварительного
напряжения в зоне анкеровки), a Pad — расчетное значение сопро¬
тивления анкерного крепления. Наиболее распространенный метод
предполагает применение испытательной нагрузки с пошаговым
увеличением. Критерий соответствия требованиям выражается
в виде максимальной деформации за логарифмическую единицу
времени.
Поскольку расчетное значение сопротивления анкерного кре¬
пления Pad, устраиваемого нагнетанием цементного раствора,
близко к значению его нормативного сопротивления Рак (реко¬
мендуемое значение частного коэффициента уа = 1,1, см. При¬
ложение Л, табл. Л.12) и к значению разрушающей нагрузки, то
сочетание требований EN 1997-1 и EN 1537 приводит к очень вы¬
соким значениям допустимой нагрузки по сравнению с рабочей
нагрузкой на анкерное крепление; в среднем, допустимая нагруз¬
ка Рр = Pad (где Pad > Pd) далее становится в 1,4... 1,7 раза больше
рабочей нагрузки в эксплуатационных условиях Рк, потому что
отношение между нагрузкой на анкерное крепление по условиям
предельного напряженного и предельного эксплуатационного со¬
стояний Pd/Pk обычно изменяется в пределах от 1,4 до 1,7. Крите¬
рий соответствия, указанный в EN 1537, когда он применяется к
допустимой нагрузке, равной Ра d («метод 3»), возможно, жёстче.
Следует всегда помнить, что согласно EN 1537 применяется значе¬
ние уа > 1,35 (EN 1537, Приложение D), в то время как в EN 1997-1
рекомендуется значение 1,1. Именно поэтому в настоящем Ру¬
ководстве рекомендуется широко толковать термины «должно
соответствовать EN 1537» и «соблюдать расчетные требования»;
необходимо тщательно анализировать последствия испытаний на
соответствие требованиям, вплоть до оценки расчетного сопро¬
тивления Rd. Испытание на соответствие требованиям необходи¬
мо планировать таким образом, чтобы значение допустимой на¬
грузки располагалось достаточно далеко от значения разрушения,
вызываемого выдергиванием, чтобы не допустить возникновения
отрицательных воздействий на анкерное крепление, но достаточ¬
но близко, чтобы доказать, что установленное анкерное крепление
соответствует расчетным требованиям. Желательно применять
значение допустимой нагрузки, больше в 1,1...1,3 раза наибольшей
нагрузки, выдерживаемой в эксплуатационном состоянии («рабо¬
чая нагрузка»), или больше в 1,25 раза усилия предварительного
напряжения в зоне анкеровки, и применить критерий соответ¬
230
Глава 8. Анкерные крепления
ствии требованиям к измеренной деформации в определенном
временном интервале.
8.4.2. Испытание на пригодность к эксплуатации
Испытываются выбранные анкерные крепления с целью под¬
тверждения соответствия требованиям конкретной конструкции
или для определения значения сопротивления анкерного крепле¬
ния. Желательно, чтобы испытания на пригодность к эксплуата¬
ции выполнялись до момента разрушения, с целью оценки значе¬
ния сопротивления выдергиванию анкерного крепления i?ak, ис¬
ходя из измеренного значения сопротивления выдергиванию Rа.
Значение сопротивления выдергиванию i?a определяется в виде
нагрузки, соответствующей вертикальной асимптоте кривой пол¬
зучести наклона а в миллиметрах за период цикла (время в ми¬
нутах) в зависимости от приложенной нагрузки. Если асимптома
не может быть определена, представляет собой нагрузку, соот¬
ветствующую а = 5 мм (см. EN 1537, Приложение Е4.4 (информа¬
тивное), рис. Е5).
Значение сопротивления выдергиванию может относиться к ре¬
зультатам испытаний на пригодность к эксплуатации путем приме¬
нения коэффициента £ (см. раздел 8.2.3 выше).
При необходимости подтвердить определенное расчетное сопро¬
тивление неравенством i?ad > Pd, допустимая нагрузка должна, как
минимум, равняться прогнозируемому сопротивлению анкерного
крепления, т.е.
Рр Z ^а#а,к = SA,d Ya ^ Р,1 Ya $а, ( D8.3)
где Pd — определенное расчетное значение нагрузки на анкерное
крепление.
При таком значении допустимой нагрузки Рр анкерное кре¬
пление соответствует требованиям, если не достигнуто состояние
разрушения между застывшим раствором и грунтом, как это было
определено выше, например а < 5 мм.
Установление стандартов по методике испытаний анкерных
креплений является одной из задач Технического комитета 341 по
инженерно-геологическим исследованиям и испытаниям Европей¬
ского комитета по стандартизации.
8.4.3. Исследовательские испытания
Исследовательские испытания необходимо выполнять на новых
типах анкерных креплений или для изучения грунтовых условий
и условий нагружения, по которым отсутствует опыт работы с рас¬
сматриваемой анкерной системой. Эти испытания должны выпол¬
п.8.7
п. 8.1.2.4
п. 8.4(10)Р
п. 8.5.2(3)
п. 8.1.2.5
п. 8.4(8)Р
231
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
няться до момента разрушения между раствором корня анкера и
грунтом или выполняться в виде испытания на ползучесть.
8.4.4. Допустимая нагрузка в виде воздействия
на конструкцию
Допустимая нагрузка представляет собой неблагоприятное воздей¬
ствие, оказываемое на конструкцию. Следовательно, конструкция
(стена, распорка и т.п.) должна быть проверена на такое неблагоприят¬
ное воздействие в соответствии с правилами, изложенными в п. 2.4.7.
Пример 8.1: оценка допустимой нагрузки
с помощью испытаний на пригодность к эксплуатации
и на соответствие требованиям
Значения усилия предварительного напряжения в зоне анке¬
ровки и расчетные значения нагрузки анкерного крепленияна
метр ограждающей стены по условиям предельного эксплу¬
атационного и предельного напряженного состояний полу¬
чены, исходя из расчетов по этим состояниям, изложенных
в главе 9 (см. пример 9.2: табл. 9.6 для DA-1, DA-2 и DA-3,
использующих «модели предельного равновесия»; табл. 9.7,
(для DA-2, использующего модель упругой деформации;
табл. 9.9 для предельного эксплуатационного состояния).
Расстояние между анкерами составляет 2,4 м; наклон равен
10° по отношению к линии горизонта. Расчетное значение
воздействия, воспринимаемого анкерным креплением Pd, по
условиям предельного напряженного и предельного эксплуа¬
тационного состояний получено с помощью умножения рас¬
четного значения горизонтальной составляющей анкерной
силы Fh на значение расстояния между анкерами (2,4 м) с по¬
правкой на наклон анкерного крепления, используя коэффи¬
циент 1/cos 10° = 1,015, как указано в табл. 8.1.
В данном примере необходимо определить значение допусти¬
мой нагрузки на анкера с помощью испытаний на пригодность к
эксплуатации и на соответствие требованиям. Будет выполнено,
как минимум, три испытания на пригодность к эксплуатации.
Расчетное значение нагрузки на анкерное крепление по усло¬
виям предельного напряженного состояния в 1,35 раза больше
значения нагрузки на анкерное крепление по условиям предель¬
ного эксплуатационного состояния; поэтому расчет анкерного
крепления по условиям предельного эксплуатационного состо¬
яния начинается с расчета нагрузок на анкерное крепление по
условиям предельного напряженного состояния.
232
Таблица 8.1
Глава 8. Анкерные крепления
о 2
и
И
Ф К
а >
с 2
>5 R
S О
5 с
о о
r s
о _
со
<
о
вн О
0)
S
Z
Ф
с;
«1
О- т
* ф
ф g
R
S - *
Ф | о
S s &
а о *
sg
S £
* R
(0 Ф
f 5
К *
S о
I Jr
0) о
И
Z о
(0 S
S 3
I со
II
О о
(О ^
О. со
4X7 Л
s о
I х
0 I
с; а> ^
с * 1
Q) К т
о. а £
“So
0 Я |_
0 х о
1 о О
Q L О
0 О о
* X L.
1 J3 О
Я с; I
Я §1
X О
^ ^ S
* с £
я с 2
Si I
S3 I ^
I й С
О о
0 с; 5
S О 0
|5“е
^ о. л
0 2 0
О I с[
10 0
0 X с
О ^ S
£о:е
ф
с;
п.
ф
а
*
ф
0
1
а
25
«1
0 -
I з
S х
* ф
СО I-
>4 О
ер
а ф
,s У
gs
р1
X Л
о о
§°
|8
|- со
ф I
s ф
х о
ф I
£ 1
го m
5 5.
Ф ^
ge
н ~
®uf
О Ф
Л S
О- I
0 с;
О. 0
О ос
О X S
и Ш о
О 0 0
С С[ I о. ш
л >s
с; о
0 1
О- X
о S
со
2 gl-ai
Si &Si
J3
-I с;
sr§
< о
• .0
0 с;
О. 0
а» и iu ш
Q ^ с с[ I о. ш
о ос
О X S
i_ аз о
О 0 0
с;
S .
о ©
О ОС
О X S
1_ Ш о
О 0 0
S ©
0 >, ОС
1 с; о
1 J3 г2 t-
й ^ о j и
О- 0 * аз о
С Ч П h о
0 0 • X
1 5 * *
S 0 ОС ОС
о а а s
> с: с: I
л
СО ! , i
Jr О V ^
<5 ао>
О ^ с с[
О о:
X S
Ш о
0 0
о. ш
^ Л >S ,
со с; о а S
см ftfeg I
' § а'б- J
< ^ г- 0 0
0
0 д-
5 0 L Ш о
О ОС
см _
< £ О. О 0 0
Q 2 с: I а ш
ё ^ •
о а) о ос
^ S 5 о X S
■ д- 0 i_ ш о
< £ О. О 0 0
Q -> с I о. со
-° • -i- .
^ ° m гг
0 52 2 £
gslg.
О- О с; О S
С I С О I
0 . -
s • ос 5
с; с[ о. ? 2
s 0 с: х —„
о а 0 ф х
> с I * *
233
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
В табл. 8.2 показаны:
• требуемые значения сопротивлений анкерного крепления
-^a.k — -^a.dYa — -^dYa>
• требуемые значения сопротивлений, подтверждаемые испы¬
таниями на пригодность к эксплуатации,
■^а, measured, mi n — -^a,k^a,2
ДЛЯ значения ^2, равного 1,05, ИЛИ Да>теа5иге(1)теап ^ ^а,к^а,1
для д = 1,10 (три испытания). Значения ^а1 и ^а2 выбраны
только для данного примера. Поскольку частные коэффи¬
циенты подхода к проектированию DA-3 не могут приме¬
няться для проверки пригодности анкерного крепления к
эксплуатации, основываясь на результатах испытания на¬
грузкой, то применяются частные коэффициенты подхода
DA-2, чтобы соблюсти требования к допустимой нагрузке
при испытаниях к пригодности к эксплуатации. Конечно
же, применяется значение Pd, взятое из расчетов стенки по
подходу к проектированию DA-3; требуемые значения допу¬
стимых нагрузок для испытаний по пригодности каждого
анкера определяются согласно EN 1537, т.е. больше 1,25Р0
и Ра d (см. первый ряд допустимых нагрузок для испытаний
на пригодность).
Из табл. 8.2 видно, что для всех подходов к проектирова¬
нию значение допустимой нагрузки, используемой в испыта¬
ниях на соответствие требованиям, довольно-таки большое,
по сравнению с усилием предварительного напряжения и на¬
грузкой на анкерное крепление по условиям предельного
эксплуатационного состояния. Эти высокие допустимые на¬
грузки Рр, прилагаемые в ходе испытаний на соответствие
требованиям, могут вызвать ползучесть анкеров, потому что
между значением допустимой нагрузки и значением сопро¬
тивления анкерного крепления существует очень незначи¬
тельная грань (сравните значение, указанное для допустимой
нагрузки, прилагаемой во время испытаний на пригодность
к эксплуатации, принимая во внимание тот факт, что допусти¬
мые нагрузки, используемые при испытании на пригодность,
являются разрушающими). В табл. 8.2 указаны более реали¬
стичные значения допустимых нагрузок (второй ряд значе¬
ний, выделенных жирным шрифтом), полученных исходя из
Рр = max{i,25P0,1,15#SLS}.
234
Таблица 8.2
Глава 8. Анкерные крепления
>s
S
Z
CD
н
2
с
о
S
7
*
О
0
>
£ 2
CD 7
Z S
х £
1 “
2 о
S VO
ь*
с н
О ®
&
ф
ш
н
о
о
о
CD
Z
S
I»
О- J
ф а
5 5.
§ £
ф §
§2
S *
С Z
о
о
>s
S
Z
ф
т
CD
Z
о
X
2
2
ф
>
VO
ф
о.
н
Q.
о
о
VO
о
0
g ш
а Б
В S
0
h-
о
о
0
СО
1
ОС
s
1
2 2
э i
ос со
||
2 g
S. ®
S: *
к 5 ю
£|°-
О СО S
Ct X
ОС
ОС “
Го S т"
5 5 11
0 СО (О
>ь^
VD -о 'гг
0 С S
Q. О S
I- s ZT
S
I
0
с; -ч
0 Л
S С<
ОС
■ о. Г
-О®
0 О Р
О- 0 0
5 s а
* I *
0 т 2
1 1°-
8 о |
^ s Я
0^0
^ £ о
Эо.а?
>4 0 Q.1-
VO 0 0 |,
0 О *
а ^ I s®
1— о со
С/)
2»
2«
СО , о
£ 1 с
0 0
>1 о. с; 2
0 О. 0 0 О S
I * >4 0
X Ы-
х но
I 0 , 0 у- ОС
0 с; о >* о s
О. 0 * с; О X
С ^ (О с о ОС
. С[ S .
S 0 0 Q. i 0 • 0
OSQ.00Q.0So
>c;C0X[=XlCtH
СП СО
Ц 5
со со
оо 't-
со со
Г"- со
Ю т-
ю со
СП СО
5 со
СО I
ю £
Ц 0 0
Z 0 0
LU О. X
"О- h-
00 о
ю
CNJ СО
33
CNJ CNJ
^ h-
со CD
^ Г4-
00 О
^ ю
ц
&!
О 2
0
I
0
5
S
Q.
С
2
2
s
I
0
0
О
Q.
S
£
0
О
Q.
С
0
§
О
С
о
5
о
с
о
5
^СМ
о
с ^
0 Q
О О
£ I
Q. g
0 СО
0 О
о Q-
Q- S
= Ё
” 0
о
Q.
С
1
X
I.
0 ^
II
о с
* 0
1*1
if
0 9
0 S
2 -©■
VD х
0 Ж
?8
0 *
0 0
5 Е
0 0
0 X
О ^
О 0
О S
-к I
235
Глава 9
Подпорные конструкции
В этой главе рассматриваются вопросы проектирования и расче¬
та конструкций, удерживающих грунтовые массивы (песчаные,
скальные или насыпные) и воспринимающих давление от воды.
Материал рассматривается в разделе 9 EN 1997-1 и Приложении С
(Процедура отбора образцов для определения предельного значения
давления грунта на вертикальные стены). Порядок изложения ма¬
териала в настоящей главе соответствует порядку изложения мате¬
риала в разделе 9:
9.1. Общие положения Пункт 9.1
9.2. Предельные состояния Пункт 9.2
9.3. Нагрузки и воздействия, геометрические Пункт 93
характеристики и способы расчета
9.4. Общие положения по проектированию Пункт 9.4
и строительству
9.5. Определение давления грунта Пункт 95
9.6. Определение давления воды Пункт 9.6
9.7. Расчет по предельному напряженному состоянию Пункт 9.7
9.8. Расчет по предельному эксплуатационному Пункт 9.8
состоянию
Следует различать три основных вида подпорных конструкций,
изложенных ниже:
• Гравитационные (массивные) стены играют существенную роль
в удержании грунтовых массивов и воды. Иногда для увеличе¬
ния веса в полости таких стен укладывают стабилизирующую
массу грунта (тело стены).
• Тонкостенные подпорные конструкции представляют собой
относительно тонкие стенки из стали, железобетона или из де¬
п. 9.1.2(1)
237
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
рева. Устойчивость стен зависит исключительно от пассивно¬
го давления перед стенами (консольные стены); кроме того, их
устойчивость обеспечивается анкерами и распорками или на¬
грузкой, приложенной у основания (стены, удерживаемые бер¬
мой). Прочность на изгиб тонкостенной стенки имеет большее
значение в удержании грунтового массива и воды, чем её вес.
• Комбинированные подпорные конструкции включают в себя
стены, состоящие из элементов, указанных в первых двух слу¬
чаях. Типичные примеры таких конструкций представлены кес¬
сонами, конструкциями из армированного грунта и свайными
конструкциями.
В разделе 9 применяются принципы и правила, рассматриваемые
в разделах 1—4 и относящиеся к проектированию и строительству
гравитационных и тонкостенных конструкций. Комбинированные
подпорные конструкции в этом разделе не рассматриваются, хотя к
ним применимы основные принципы проектирования.
Положения раздела 9 основываются на положениях разде¬
ла & в части проектирования гравитационных подпорных стен
по первому предельному состоянию (потеря несущей способно¬
сти); в разделе 8 излагаются вопросы проектирования анкерных
креплений по первому предельному состоянию (потеря несущей
способности при выдергивании); раздел 10 посвящен принципам
проектирования при потере несущей способности в результате ги¬
дравлического разрушения; в разделе 11 излагается порядок про¬
ектирования подпорных конструкций при возможности потери
общей устойчивости. Некоторые принципы и правила раздела 7
могут применяться при проверке вертикальной устойчивости тон¬
костенных конструкций.
Как и в других разделах EN 1997-1, в разделе 9 излагаются
только основные требования, предъявляемые к проектированию
и расчету подпорных конструкций, без описания и уточнения ме¬
тодов расчета. С целью оказания помощи проектировщикам в этой
главе раскрывается содержание стандартных методов расчета по
предельным состояниям по несущей способности и по деформа¬
циям (см. пп. 9.7 и 9.8) и рассматриваются указанные ниже при¬
меры с решениями:
• Пример 9.1: расчет основания гравитационной стены на сдвиг
и опрокидывание.
• Пример 9.2: расчет тонкостенной конструкции с одним рядом
анкерного крепления по двум предельным состояниям, включая
расчет гидравлического разрушения, вызванного вспучиванием.
Порядок проектирования и расчета анкерных креплений пред¬
ставлен в главе 8 (см. пример 8.1).
238
Глава 9. Подпорные конструкции
9.1. Общие положения
В разделе 9 рассматриваются подпорные конструкции, восприни¬
мающие давление грунта и воды. Грунтовый массив стабилен до тех
пор, пока угол наклона склона не допустит его перемещения при
условии, если бы на склоне не находилась конструкция. Удержива¬
емый грунт оказывает воздействие (активное давление грунта) на
подпорные конструкции. Вопросы давления грунта на гравитаци¬
онные и тонкостенные стены рассматриваются в разделе 9. Давле¬
ния грунта, воздействующие на комбинированные подпорные кон¬
струкции, не рассматриваются, в то время как давления от сыпучих
материалов, хранящихся в силосах/бункерах, рассматриваются в
EN 1991-4 (Воздействия на силосы и резервуары).
Подпорные конструкции обычного типа относятся к геотехниче¬
ской категории 2. Примеры таких конструкций приведены в при¬
мечаниях к п. 2.1(19).
9.2. Предельные состояния
При проектировании подпорных конструкций должны учитывать¬
ся все виды возможных предельных состояний. Стандартные виды
предельных состояний включают в себя:
Первое предельное состояние (по несущей способности)
1. Потеря общей устойчивости (предельное состояние по потере
несущей способности грунта (GEO ULS)). Следует показать, что
наступление потери общей устойчивости маловероятно. Мини¬
мально необходимо рассмотреть предельные схемы, показанные
на рис. 9.1, с учетом прогрессирующего разрушения и возможно¬
го усталостного разрушения (например, вызванного ростом по¬
рового давления).
2. Разрушение фундаментов гравитационных и комбинированных
стен, т.е. проскальзывание или потери несущей способности
(предельное состояние по потере несущей способности грунта).
Примеры разрушения фундаментов приведены на рис. 9.2. В за¬
висимости от ситуации могут применяться правила, изложенные
в разделе 6, особенно при расчете потери несущей способности
грунта ниже основания стены под воздействием нагрузки со зна¬
чительным эксцентриситетом и наклоном, а также при расчете
на проскальзывание. Кроме того, в анализе необходимо предус¬
мотреть наличие обратного давления под фундаментом, вызван¬
ного фильтрацией воды.
3. Разрушение фундамента гравитационных и комбинированных
стен в результате опрокидывания (потеря статического равно¬
весия, вызванного критически предельным состоянием). Разру¬
п. 9.1.1(1)?
п. 9.1.1(2)?
п. 2.1(19)
п. 9.2(1)?
п. 6.5.4
п. 6.5.3
239
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
шения в результате потери статического равновесия (например,
потеря равновесия стены, считающейся жестким телом) обычно
ограничиваются гравитационными стенами, установленными на
скальных грунтах или закрепленными у основания.
4. Разрушение тонкостенных подпорных стен, вызванное вращени¬
ем или горизонтальным перемещением, или потерей вертикаль¬
ного равновесия (критически предельное состояние, вызванное
разрушением грунта). Примеры таких разрушений приведены на
рис. 9.3 и 9.4.
5. Разрушение элементов конструкции, таких как стены, анкера,
распорки или подкосы, включая разрушение узлов, соединяю¬
щих указанные элементы (предельное состояние по разруше¬
нию конструкции). Разрушение анкерных креплений включает
в себя разрушение конструкции (предельное состояние по раз¬
рушению конструкции) и разрушение, вызванное выдергива¬
нием анкера (предельное состояние, вызванное потерей устой¬
чивости грунта). Примеры указанных разрушений показаны на
рис. 9.5 (разрушение конструкции) и 9.6 (геотехническое раз¬
рушение).
6. Разрушение подпорной конструкции, вызванное гидравличе¬
ским поднятием, внутренней эрозией или суффозией грунта,
неприемлемыми утечками воды или переносом частиц грунта
через или под стеной в результате избыточных гидравлических
градиентов (критически предельное состояние, вызванное вы¬
пором грунта в результате фильтрации воды). Такое состояние
может возникнуть у дна глубокой выемки, когда существует зна¬
чительная разница между уровнями воды на противоположных
сторонах подпорной стены (см. раздел 10).
Второе предельное состояние (по деформациям)
1. Неприемлемое перемещение подпорной конструкции, которое
может повлиять на внешний вид или на работоспособность са¬
мой конструкции или других конструкций и объектов, находя¬
щихся под влиянием указанного перемещения.
2. Неприемлемое изменение режима подземных вод.
9.3. Нагрузки и воздействия, геометрические
характеристики и способы расчета
9.3.1. Нагрузки
Давления грунта на активную сторону подпорных конструкций (ак¬
тивное давление) — это негативное геотехническое воздействие, по¬
скольку его параметры зависят от свойств грунта, а именно от удель¬
ного веса, удельного сцепления, угла внутреннего трения и степени
240
Глава 9. Подпорные конструкции
контакта поверхности стена-грунт (см. EN 1990, п. 15.3.7). Кроме
того, нельзя пренебрегать давлением грунтовых вод.
В п 2.4.2(4) подчеркивается, что «значения давления грунта
должны учитываться для его включения в расчет в виде нагрузки»
без разделения на сторону (активная или пассивная), на которую
оказывается воздействие; следует отметить, что давления грунта на
пассивной стороне тонкостенных подпорных стен при расчете на
потерю несущей способности грунта и конструкции:
• могут рассматриваться или как положительные геотехнические
воздействия, или как сопротивления грунта согласно подходам
к проектированию 1 (DA-1) и 3 (DA-3). При этом результаты
аналогичны (поскольку частные коэффициенты положительных
воздействий и сопротивлений в обоих случаях равны единице);
• должны рассматриваться в виде сопротивлений грунта, рассма¬
триваемых в подходе к проектированию 2 (DA-2), поскольку в
этом подходе предусматривается частный коэффициент для рас¬
чета «сопротивления грунта», не равный единице (рекомендуе¬
мое значение уR = 1,4, см. табл. А. 13).
Давления грунта на пассивной стороне гравитационных подпор¬
ных стен следует рассматривать в виде положительных воздействий
при расчете потери несущей способности (см. неравенство (6.1) и
п. 65.2.1 (3)Р) и в виде сопротивления при расчете смещения осно¬
вания (см. неравенство (6.2) — выражение Rp d ). Фактически в DA-1
и DA-3 давления грунта на пассивной стороне гравитационных под¬
порных стен могут рассматриваться или в виде положительного гео¬
технического воздействия, или в виде сопротивления грунта с ана¬
логичными результатами; результаты расчетов по DA-2 отличаются.
При расчете стен с подпорными конструкциями усилия от под¬
порных элементов следует рассматривать следующим образом (до¬
полнительные пояснения приведены в главе 8):
1. Подпорки обычно моделируются в виде кинематических ограниче¬
ний (зафиксированные точки), поэтому соответствующие силы рас¬
считываются в качестве реакций, вызванных указанными связями.
2. При определенных расчетах предельного состояния по потере
несущей способности грунта, когда смещение стены достаточно
большое, чтобы полностью мобилизовать сопротивление анкер¬
ных креплений, преднапряженных или защемленных в землю,
анкерные крепления могут быть смоделированы в виде постоян¬
ных положительных воздействий с расчетными значениями, рав¬
ными расчетному значению сопротивления анкерных креплений
(т.е. равными значению сопротивления выдергиванию, которое
должно быть ниже значения сопротивления материала напряга¬
емого элемента, согласно разделу 8).
п. 2.4.2(4)
п. 6.5.2.1(3)Р
п. 6.5.3(2)Р
241
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
3. При расчетах предельного эксплуатационного состояния и неко¬
торых расчетах критически предельного состояния перемещение
стены может быть недостаточно большим для полной мобили¬
зации сопротивления анкерных креплений. Это может проис¬
ходить с жесткими сваями и перемычками, у которых может
образоваться шарнир пластичности в бетонных частях (крити¬
чески предельное состояние по разрушению конструкции) при
незначительном прогибе стены, недостаточном, чтобы привести
к выдергиванию или разрушению анкерных креплений (особен¬
но, если они гибкие или имеют большую длину). В таких случаях
силы, исходящие от преднапряженных анкерных креплений или
анкеров, защемленных в землю, как правило, являются результа¬
том взаимодействия стены и грунта:
а) силы, действующие от подпорок и анкеров, защемленных в
грунт (и другие анкерные системы без предварительного на¬
пряжения), вычисляются в виде реакции пружин соответ¬
ствующей жесткости, определенной из жесткости напряга¬
ющего элемента и степени деформируемости анкера, защем¬
ляемого в грунт, поскольку сопротивление грунта вовлечено
в работу;
б) силы, действующие от преднапряженных анкерных крепле¬
ний, состоят из воздействия (равного известному значению
усилия предварительного напряжения, выбранного проекти¬
ровщиком) и значения реакции пружины (со степенью жест¬
кости, вычисленной исходя из степени жесткости напрягаемо¬
го элемента). Фактически многие преднапряженные системы
являются расширяющимися, таким образом, составляющую
«реакции» можно не учитывать в сравнении с воздействием
преднапряжения.
В целом силы, действующие на подпорные конструкции, значе¬
ния которых известны в начале расчета, считаются «воздействия¬
ми», в то время как силы, значения которых изначально неизвестны,
но которые необходимо определить путем взаимодействия подпор¬
ной конструкции с элементами крепления (грунтовые пружины,
анкерные крепления, подпорки и т.п.), считаются «реакциями».
9.3.2. Геометрические характеристики
п. 9.3.2 В п. 932 рассматриваются возможные неточности, появляющие¬
ся в геометрических характеристиках (уровни разработки грунта
и уровни воды). В большинстве случаев считается, что незначи¬
тельные изменения геометрических характеристик должны прово¬
диться при обеспеченности определённых элементов, включенных
в расчеты (в основном значения геометрических характеристик
242
Глава 9. Подпорные конструкции
и частные коэффициенты). Поскольку подпорные конструкции
могут быстро реагировать на уровни грунта и воды (это особенно
касается тонкостенных конструкций и конструкций, обладающих
высокой прочностью на изгиб или имеющих большие углы сопро¬
тивления сдвигу), поэтому в настоящем пункте излагаются специ¬
альные требования к расчетам, предусматривающим непредвиден¬
ную выемку грунта перед стеной и наличие грунтовых вод по обеим
сторонам стены.
Непредвиденная выемка грунта перед стеной
При расчете конструкции по условиям критически предельного со¬
стояния в случае, когда устойчивость стены зависит от степени со¬
противления грунта перед стеной, уровень противодействующего
грунта необходимо установить ниже номинально ожидаемого уров¬
ня на величину Аа, зависящую от степени контроля уровня выем¬
ки грунта. При нормальной степени контроля величина Аа должна
быть:
• для консольных стен — равной 10 % высоты стены над уровнем
выемки грунта (максимальное значение 0,5 м);
• для стен с подпорными или распорными конструкциями — рав¬
ной 10 % расстояния между нижним креплением и уровнем вы¬
емки грунта (максимальное значение 0,5 м).
Можно установить и меньшие значения избыточной выемки
(даже равные нулю) в случаях, когда уровень грунта надежно кон¬
тролируется во время строительных работ; большие значения вы¬
емки применяются в случаях, когда уровень поверхности носит не¬
определенный характер.
Снижение уровня грунта, рекомендуемое в п. 93.2.2(2), явля¬
ется важным элементом расчета; если его не учитывать, то расчет
необходимо выполнять с большой осторожностью, особенно, когда
тонкостенные стены устанавливаются в относительно небольшие
заглубления, сделанные в удерживающем грунте. Симпсон и Дри¬
сколл (1998 г.) доказали, что непредвиденная выемка грунта ока¬
зывает значительное воздействие на устойчивость по отношению
к пассивному разрушению и на значения рассчитанных моментов
изгиба.
Уровни грунтовых вод перед стеной и за ней
При выборе уровней поверхностей грунтовых вод, встречающихся
перед стеной и за ней, необходимо учитывать длительность изме¬
нения режима подземных вод и/или степень водопроницаемости
грунта, наличие близко расположенных водонапорных горизонтов
и возможность прекращения отвода воды с течением времени.
п. 9.32.2(2)
п. 9.3.2.3
243
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
п. 9.4.1(1 )Р
п. 9.5
п. 9.1
9.4. Общие положения по проектированию
и строительству
Согласно п. 9.4.1 (1)Р, при проектировании подпорных конструк¬
ций требуется выполнять проверку по первому и второму предель¬
ным состояниям.
При расчете по первому предельному состоянию следует выпол¬
нить два комплекта вычислений соответствующих расчетных ситу¬
аций:
1. Расчет наступления предельного состояния по потере несущей
способности грунта GEO ULS, состоящий из системы расчетов
предельных равновесий для определения материала и геоме¬
трии конструкции (ширина основания гравитационной стены,
глубина установки основания тонкостенной стены и располо¬
жение анкеров или стержней в подпертой стене и т.п.). Эти рас¬
четы предназначены для проверки равновесия горизонтальных
и вертикальных сил, а также равновесия моментов стены, при
поперечном давлении грунта с активной стороны (если уместно,
то и с пассивной стороны), при воздействии иных внешних сил
(например, собственный вес стены, гидравлические воздействия,
силы воздействий анкеров и распорок), а также воздействия со¬
противления сдвигу (например, сопротивление сдвигу у основа¬
ния гравитационной стены).
2. Расчет наступления предельного состояния по разрушению кон¬
струкции STR ULS, состоящий из системы расчетов конструк¬
ции для определения размеров и свойств конструктивных ча¬
стей, обеспечивающих сопротивление изгибающим моментам и
поперечным силам, определенным с помощью расчетов предель¬
ных равновесий.
Порядок определения значений давлений грунта для расчета
критически предельного состояния раскрывается в п. 95 и в мето¬
дике расчета, изложенной в п. 9.7.
При расчете по второму предельному состоянию (по деформаци¬
ям) требуется оценка (а в некоторых случаях и строгий расчет) пе¬
ремещения стены и удерживаемого грунта, чтобы убедиться в том,
что значения перемещения не превышают значений, диктуемых
условиями эксплуатации конструкций и объектов, попадающих
в зону влияния. Геометрия подпорных конструкций, к которым не
предъявляются строгие эксплуатационные требования, определя¬
ется расчетами по условиям первого предельного состояния и про¬
веряется расчетами по второму предельному состоянию (при не¬
обходимости). Что касается подпорных конструкций, к которым
предъявляются жесткие эксплуатационные требования, то сле¬
дует отметить, что для них расчет обуславливается требованиями
244
Глава 9. Подпорные конструкции
по условиям предельного эксплуатационного состояния. Порядок
определения давления грунта для расчета по условиям второго
предельного состояния излагается в п. 9.5, а методология расчета
описана в п. 9.8.
9.5. Определение давления грунта
Определение значения давления грунта имеет большое значение
для проектирования подпорных конструкций, поскольку давление
грунта зависит не только от его параметров, но и от смещения и/или
деформации, которой может быть подвергнута стена при наличии
кинематических ограничений, а также от выполнения требований
к её эксплуатационной надежности. К примерам конструкций с ки¬
нематическими ограничениями, вызывающими смещения стены и/
или приводящими к её деформированию, а отсюда и появление раз¬
личных значений давлений грунта, можно отнести стены, имеющие
жесткую связь с конструкцией фундамента, консольные и тонко¬
стенные заанкеренные стены, гравитационные стены с поверхност¬
ными фундаментами и стены, установленные на сваях. Требование к
эксплуатационной надежности конструкции предполагает предот¬
вращение образования трещин на конструкциях, установленных на
удерживаемом грунте. Значения давлений грунта, используемые в
расчете согласно EN 1997-1, дают консервативные оценки давления
и на активной, и на пассивной сторонах стены (завышенные и зани¬
женные оценки соответственно) по предполагаемому смещению/
деформации при соответствующем предельном состоянии и в рас¬
четной ситуации.
Согласно п. 9.5.1(10), величина давлений грунта в основном раз¬
лична при расчетах по условиям второго и первого предельных со¬
стояний.
В принципе, если стена установлена без нарушения грунта и при
этом не происходит его смещение, то давление грунта на обеих сто¬
ронах стены будет соответствовать его давлению в состоянии покоя.
В п. 9.5.2 приведены уравнения для вычисления коэффициента ста¬
тического давления грунта (К0), относящегося к нормально уплот¬
нённым и переуплотненным грунтам и к грунту, уложенному с на¬
клоном вверх от стены. Тем не менее случаи создания давления грун¬
та, соответствующего его статическому давлению, маловероятны,
поскольку при строительстве большинства подпорных конструкций
возведение стены и выполнение земляных работ наверняка вызовут
перемещения, достаточные для изменения состояния покоя.
В пп. 9.5.3 и 9.5.4 рассматривается зависимость давления грунта
от степени смещения стены. Поскольку стена смещается и/или сги¬
бается, то давление грунта на пассивной стороне растет; максималь¬
п. 9.5
п. 9.8
п. 9.5.1
п. 9.5.1(10)
п. 9.5.2
п. 9.5.3
п. 9.5.4
245
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
п. С. 1(1)
п. 9.5.5( 1)Р
п. 9.6(5)Р
ное значение давления (предельное пассивное давление грунта) до¬
стигается в условиях первого предельного состояния. На активной
стороне стены давление грунта, как правило, снижается при её сме¬
щении, но фактически мобилизованное значение давления грунта,
используемое в расчетах второго и первого предельных состояний,
зависит от жесткости стены, жесткости других элементов крепле¬
ний (распорок, анкеров и др.) и напряжённо-деформированного
состояния грунта. В Приложении С даются указания по величинам
перемещения стены, требуемым для мобилизации предельных ак¬
тивных и пассивных давлений.
Методология определения давлений грунта для применения
в расчетах первого и второго предельных состояний излагается
ниже.
Расчет по первому предельному состоянию
Поскольку расчет по первому предельному состоянию преду¬
сматривает наличие значительных деформаций/изгибаний стены,
вызывающих разрушение всей системы, то предельные значения
как на активной, так и на пассивной сторонах стены определяются
обычными расчетами пластичной деформаций, с помощью урав¬
нения давления грунта, приведенного в Приложении С, которое
может применяться или относительно к общим, или к эффектив¬
ным напряжениям, при необходимости. Значения коэффициентов
предельного давления грунта для <р’, изменяющегося от 10 до 45°,
и для различных параметров поверхности раздела грунт-стена и на¬
клонов грунта приведены на графиках в Приложении С (на основа¬
нии работ А. Како и др., 1973 г.). Необходимо учесть повышенные
давления, обусловленные уплотнением и водонасыщением (растя¬
жением или трещинами высыхания).
Для стен, которые не могут перемещаться в достаточной степени,
чтобы мобилизовать предельные давления грунта даже в условиях
предельного состояния (например, в силу кинематических ограни¬
чений), расчет конструкции но условиям критически предельного
состояния следует выполнять, используя промежуточные значения
давления грунта, согласующиеся с кинематическими ограничения¬
ми, т.е. применяя более высокие значения, чем предельное активное
давление, на удерживаемой стороне и более низкие значения, чем
предельное пассивное давление, на противодействующей стороне.
Соответствующие значения давлений грунта вычисляются с помо¬
щью числовых расчетов, таких как методы конечных элементов, мо¬
дели одномерных размеров стен, опирающихся на линейные (вин-
клеровский тип) и нелинейные (упругопластичные) пружины, или
с помощью других методов, в которых учитывается распределение
давления,грунта; кроме того, расчет можно выполнить, используя
246
Глава 9. Подпорные конструкции
эмпирическое распределение давления, как это описано в работах
Терцаги и Пека (1967 г.) и EAU (1980 г.). Применение предельных
значений давлений грунта в таком случае не считается консерва¬
тивным, особенно по отношению к вычисленным силам распорок
и анкеров.
Расчет по второму предельному состоянию
При выполнении анализов, предусматривающих рассмотрение
взаимодействия между стеной и грунтом (например, применение
нелинейных моделей упругой деформации или модели конечных
элементов), предварительное определение давления грунта не тре¬
буется, поскольку значения давлений грунта автоматически фор¬
мируются числовой моделью. Если считается, что проведение таких
анализов нецелесообразно, то проверку эксплуатационной пригод¬
ности выполняют, используя упрощенные модели балки для сте¬
ны, нагружённой давлениями грунта и закрепленной линейными
(винклеровского типа) или нелинейными грунтовыми пружинами
(подробности приведены в разделе 9.7). В таких случаях давления
грунта должны вычисляться с помощью части прочности грунта,
мобилизованной при деформациях, соответствующих требованиям
к эксплуатационной пригодности.
Трение и сцепление по поверхности стена-грунт
Значение максимальной прочности на смещение (т), мобилизуемое
на поверхности раздела стена-грунт, рассчитывается по формуле
т = a + an’tg 8,
где a — степень сцепления между стеной и грунтом; ап’ — нормаль¬
ное эффективное напряжение, действующее на стену; 8 — параметр
поверхности раздела стена-грунт (угол внутреннего трения).
В пп. 95.1(5)—95.1(8) рекомендуются расчетные значения сце¬
пления стена-грунт, a, и параметра поверхности раздела 8, для рас¬
четов первого предельного состояния:
• Для полностью гладких стен: 8 = 0 и a = 0. Для полностью шеро¬
ховатых стен значения a = с’ и 8 = ф’ могут быть приемлемы.
• Для стальных шпунтовых свай в глине, непосредственно после
забивки 8 = 0. Со временем может произойти увеличение этого
значения.
• Для бетонных свай, залитых в грунт, песок или гравий: 8 = ф’СУ.
• Для бетонных заводских стен или стальных шпунтовых стен, за¬
битых в песок или гравий: 2/Зф’СУ.
с’, ф’ и ф’СУ — расчетные значения коэффициента сцепления, угла
внутреннего трения и критический угол внутреннего трения грун¬
та, расположенного рядом со стеной.
п. 9.5.1(5)
пп. 9.5.1(5)-
9.5.1(8)
п. 9.5.1(7)
247
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
п. 9.5.5
Указанные выше значения параметров взаимодействия на поверх¬
ности грунт-стена (а, 8) являются максимальными (предельными),
поскольку они соответствуют максимальным значениям прочности
на сдвиг, которая может быть мобилизована по поверхности раздела
стена-грунт. Фактически и низкие значения параметров взаимодей¬
ствия тоже могут быть мобилизованы; это зависит от вертикальной
составляющей перемещения грунта, относящейся к стене (с любой из
двух её сторон), и требования по обеспечению вертикального равно¬
весия стены. Это означает, что для обеспечения вертикального равно¬
весия стены могут понадобиться различные значения параметров
взаимодействия для любой из её сторон. Например, для высоких тон¬
костенных конструкций с многоуровневым расположением предна-
пряженных анкеров (особенно, когда анкера сильно наклонены отно¬
сительно вертикали) применение максимального значения параметра
d на активной стороне, как рекомендовано выше, повлечет за собой
невозможность соблюдения вертикального равновесия стены. В таких
случаях фактическое значение d не должно приниматься, оно должно
быть вычислено из вертикального равновесия стены; это значение в
дальнейшем применяется дла расчетов горизонтального равновесия.
Требования к вертикальному равновесию предусматривают, что с
учетом любых вертикальных сил, действующих на стену (например,
вертикальные составляющие анкерных сил), степень трения стены
на пассивной стороне (действующего вверх) не должна превышать
степень трения на активной стороне (действующего вниз). Такое тре¬
бование приводит к снижению принятого значения максимального
(предельного) трения на пассивной или активной стороне стены, в
зависимости от необходимости уменьшить или вертикальную силу,
действующую вверх, или вертикальную силу, действующую вниз.
В п. 955 обсуждается вопрос определения значений давлений
грунта на стены с уплотненной грунтовой засыпкой. Методика рас¬
чета давлений грунта, вызванных уплотнением, была опубликована
Ингольдом (1979 г.). Значение давлений уплотнения, вызывающих
разрушение конструкций, необходимо включать только в расчеты
по первому предельному состоянию и в расчеты второго предель¬
ного состояния. При расчетах по первому предельному состоянию,
вызываемых разрушением грунта, значения давлений уплотнения
не следует учитывать, поскольку они снижены относительно не¬
большим горизонтальным смещением стены.
9.6. Определение давления воды
Расчет давления воды на подпорные конструкции важен, пото¬
му что значения расчета зачастую превышают значения давления
грунта. Если точно определен уровень равновесия грунтовых вод и
приняты меры, предотвращающие его колебания во время сильных
248
Глава 9. Подпорные конструкции
дождей или подтоплений, то расчетные значения давления воды
можно определить с помощью среднего горизонта вод, принимая
в расчет возможные сезонные колебания. Другими словами, при
расчете необходимо использовать максимально неблагоприятные
условия давления воды. Упрощенный метод расчета давления воды
на стену, вызываемого постоянным фильтрационным потоком во¬
круг неё, основывается на допущении равномерной потери давле¬
ния вдоль путей фильтрации вокруг стены в относительно тонком
слое грунта (см. пример 9.2).
Поскольку воздействия, возникшие в результате давления воды,
считаются геотехническими, то к ним применяются соответствую¬
щие частные коэффициенты. Это, в частности, является важным
для подхода к проектированию DA-3, в котором частные коэффи¬
циенты конструкционных и геотехнических воздействий отлича¬
ются друг от друга. Частные коэффициенты воздействий применя¬
ются к чистым значениям давления воды на стену, т.е. на разницу
давлений, оказываемых на две стороны стены.
9.7. Расчет по предельному напряженному
состоянию
В положениях п. 9.7 рассматриваются постоянные и временные
подпорные конструкции. Согласно п. 2.4.7.1(2)Р, частные коэффи¬
циенты, указанные в Приложении А, должны использоваться для
расчета по предельному напряженному (первому предельному) со¬
стоянию подпорных конструкций по условиям постоянных и пере¬
менных ситуаций. Значения этих частных коэффициентов включе¬
ны в указанные ниже таблицы:
• Таблица АЗ — частные коэффициенты воздействий или резуль¬
татов воздействий.
• Таблица А.4 — частные коэффициенты параметров грунта.
• Таблица А. 12 — частные коэффициенты сопротивления для пред¬
напряженных анкерных креплений.
• Таблица А.13 — частные коэффициенты сопротивления для под¬
порных конструкций.
В табл. 9.1 приведены значения частных коэффициентов, реко¬
мендуемых в Приложении А.
Расчеты подпорных конструкций по условиям первого предель¬
ного состояния для постоянных и временных нагрузок выполняют¬
ся с использованием соответствующих значений давления грунта
(см. раздел 95); при этом расчетные значения результатов воздей¬
ствий не должны превышать соответствующие расчетные значения
сопротивлений: Ed < Rd. Можно применить один из трех подходов
к проектированию, описанных в п. 2.4.73.4.
п. 2.4.7.3.4.4
п. 9.7
п. 2.4.7.1(2)Р
п. 2.4.7.3.4
249
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
Таблица 9.1
а. Рекомендуемые значения частных коэффициентов воздействий
и результатов воздействий (постоянные и временные нагрузки)
согласно Приложению А
подход к проектированию
(комплекты частных коэффициентов)
Частные коэффициенты
воздействий
Благоприятные
переменные yG*
Неблагопри¬
ятные перемен¬
ные ус**
DA-1, сочетание 1 (АЛ '+’ МЛ '+’ Я1)
1,35
1,5
DA-1, сочетание 2 (А2 '+’ М2 '+’ Я1)
1,0
1,3
DA-2 (АЛ *+• МЛ '+’ Я2)
1,35
1,5
DA-3 (А2 или АЛ *+• М2 *+• Я3)
Геотехническое воздействие***
1,0
1,3
Воздействие конструкции****
1,35
1,5
* Для благоприятного постоянного воздействия: yG = 1,0.
** Для благоприятного временного воздействия: yQ = 0,0.
*** Геотехническое воздействие: воздействие, передаваемое на стену через
грунт
**** Воздействие конструкции: воздействие, исходящее от свободно опертой
конструкции и оказываемое непосредственно на стену
б. Рекомендуемые значения частных коэффициентов параметров
грунта и его сопротивлений (для постоянных и переменных ситуаций)
согласно Приложению А
подход к
Параметры грунта, у М
Сопротивления
проектированию
(комплекты частных
коэффициентов)
Удель¬
ный
вес
tg ф’:
Уф
с'- Ус
си:
Ycu
Пассив¬
ное, yRi6
Анкер,
Ya
DA-1,сочетание 1
(АЛ 1+' МЛ ‘+’Я1)
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,1
DA-1, сочетание 2
(А2 '+’ М2 '+’ Я1)
1,0
1,25
1,25
1,4
1,0
1,1
DA-2 (АЛ '+' МЛ '+’ Я2)
1,0
1,0
1,0
1,0
1,4
1,1
DA-3 (А2 илиА1 *+• М2
*+• ЯЗ)
1,0
1,25
1,25
1,4
1,0
1,0
Расчетные значения воздействий определяются следующим об¬
разом:
1. В подходах к проектированию DA-1 (сочетание 1) и DA-2 — пу¬
тем применения частных коэффициентов:
а) характеристических значений воздействий, т.е. Fd=yF Fk для неге¬
отехнических воздействий (например, собственный вес стены);
б) воздействий, определенных с помощью характеристических
значений параметров грунта, т.е. Fd = yF F(Xk) для геотехниче¬
ских воздействий (например, давление грунта).
Или же расчетные значения воздействий могут определяться
путем применения частных коэффициентов по вычисленным
результатам воздействий, т.е. £d = уEE(Fk,Xk}ad), к примеру, по мо¬
250
Глава 9. Подпорные конструкции
ментам изгиба (М) стены, которые определяются с помощью ха¬
рактеристических параметров воздействий и грунта.
2. В подходах к проектированию DA-1 (сочетание 2) и DA-3 рас¬
четные значения негеотехнических воздействий определяются с
помощью уравнения Fd = yF Fk, в то время как расчетные значения
геотехнических воздействий вычисляются с помощью расчетных
(увязанных коэффициентами) значений параметров грунта, т.е.
Fd = Yf F(Xk /Ум)- В обоих случаях yF = 1,0; исключение состав¬
ляют неблагоприятные воздействия (у которых рекомендуемые
значения составляют yF = 1,30; см. табл. АЗ).
Согласно п. 2.4.73.2(2), в некоторых расчетных ситуациях примене¬
ние частных коэффициентов к геотехническим воздействиям (т.е. дав¬
ления грунта на «активной» стороне стен и чистые давления воды)
может привести к получению неточных или физически невозмож¬
ных расчетных значений результатов воздействий. Типичный пример
сказанного выше представляется вычислением расчетного значения
давления воды на «активной» стороне стены при высоком уровне
подземных вод (у поверхности грунта); в этом случае применение со¬
ответствующего частного коэффициента воздействий (yF = 1,35 для
постоянных и временных нагрузок) может стать результатом получе¬
ния нереальных значений давлений воды, соответствующих уровням
грунтовых вод, расположенным выше вершины стены. В таких случа¬
ях частные коэффициенты воздействий могут применяться непосред¬
ственно к результатам воздействий, полученных из характеристиче¬
ских значений воздействий, т.е. используя следующее уравнение:
Ed = yEE(Fk,Xk, ай).
Например, соответствующий частный коэффициент воздей¬
ствия (yF) может применяться непосредственно к усилию сдвига,
к моменту изгиба критической части консольной подпорной кон¬
струкции и иным расчетным величинам (результатам воздействий)
в тех случаях, когда эти величины определялись с помощью харак¬
теристических значений воздействий и параметров грунта (актив¬
ные давления грунта, воды, дополнительные нагрузки и т.п.).
Расчет гравитационных (массивных) стен по условиям первого
предельного состояния
П. 9.2 содержит перечень первых предельных состояний, обязатель¬
ных для исследования и учета при рассмотрении гравитационных
стен. Подчеркивается, что наиболее важными предельными состо¬
яниями являются потеря фундаментом несущей способности и со¬
противления сдвигу (предельное состояние, вызванное разруше¬
нием грунта) и превышение значения сопротивления критических
секций цокольной части подпорной стены (предельное состояние,
вызываемое разрушением конструкции).
п. 2.4.7.3.2(2)
п. 9.2
п. 9.7.3
251
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
Как правило, основаниями гравитационных стен являются
фундаменты на естественном основании, которые зачастую под¬
вергаются воздействию значительных внецентренных нагрузок.
В 1997-1 не включено «правило средней трети» для ограничения
воздействий сильно внецентренных нагрузок на фундаменты гра¬
витационных стен, однако требуется рассчитывать возможность
потери несущей способности в условиях внецентренного нагруже-
п. 6.5.4 ния (см. п. 6.5.4). При расчете стен, опирающихся на фундаменты,
заложенные ниже уровня грунтовых вод, следует учитывать нали¬
чие выталкивающих сил, вызванных давлением воды.
Для подпорных стен, имеющих большую нижнюю часть, считается,
что давление грунта действует на «виртуальную тыльную сторону»
стены (т.е. вертикальную плоскость от задней крайней части опорной
пяты до поверхности грунта) при условии, что длина опорной пли¬
ты достаточная, чтобы допустить развитие сопряженной (т.е. симме¬
тричной по отношению к вертикали) «поверхности разрушения» в
пределах массива грунта, находящегося выше опорной плиты. В этих
случаях можно доказать, что активное давление грунта параллельно
поверхности грунта за стеной, независимо от угла сопротивления тре¬
ния грунта (например, если поверхность грунта горизонтальна, то ак¬
тивное давление грунта также горизонтально).
При расчете смещения основания стены сила пассивного давле¬
ния грунта Рр, возникающая на противодействующей стороне сте¬
ны, должна рассматриваться в виде сопротивления грунта (с част¬
ными коэффициентами, взятыми из табл. А. 13); при расчете потери
несущей способности фундамента (см. раздел 9.3.1) — в виде благо¬
приятного геотехнического воздействия (с частными коэффициен¬
тами, взятыми из табл. А.З).
В примере 9.1 изложена методика расчета (согласно трем подхо¬
дам к проектированию) цокольной части подпорных стен по усло¬
виям критически предельного состояния.
Расчет тонкостенных конструкций
по условиям критически предельного состояния
Цель расчета тонкостенных конструкций по условиям первого пре-
п. 9.7.4 дельного состояния заключается в определении степени минималь-
п. 9.7.5 ного заглубления стены, что необходимо для предотвращения раз¬
рушения, вызванного вращением, и для обеспечения вертикального
равновесия; для заданного заглубления стены — в определении рас¬
пределения результатов воздействий (например, моментов изгиба
и сдвигающих сил) вдоль высоты стены и вычислении величины
опорных реакций (силы анкеров и стержней) в случае рассмотре¬
ния свободно опертых стен.
Как правило, расчет тонкостенных конструкций по условиям
первого предельного состояния является более сложным по сравне-
252
Глава 9. Подпорные конструкции
нию с расчетом других геотехнических конструкций не только по¬
тому что для тонкостенных стен требуется анализ взаимодействия,
а в основном потому, что главное допущение любого расчета по ус¬
ловиям первого предельного состояния (т.е. предельное состояние,
возникшее в грунте) не может быть соблюдено одновременно во всех
точках грунта, оказывающих влияние на стену, из-за кинематических
ограничений, налагаемых на основание стены и в местах нахожде¬
ния креплений. Следовательно, «простое» допущение по условию
первого предельного состояния, предусматривающее, что предель¬
ные давления грунта одновременно развиваются и на активной, и на
пассивной сторонах стены, не всегда представляется реалистичным;
оно не может относиться к стенам с длинным заглублением основа¬
ния и стенам, закрепленным на нескольких уровнях. В таких случа¬
ях в расчетных моделях необходимо предусматривать рассмотрение
взаимодействия стена-грунт для анализа развития давления грунта,
значительно усложняя применение частных коэффициентов с тре¬
мя подходами к проектированию (в основном за счет взаимосвязи
между взаимодействием стена-грунт, управляемым жесткостью, и
давлениями грунта, управляемыми прочностью, которые вызваны
взаимодействием). Такие расчетные модели рассматриваются ниже.
В целом, в зависимости от величины заглубления основания, тон¬
костенные стены могут проектироваться для любых условий в диа¬
пазоне между консольным опиранием и жесткой заделкой. Для стены
с шарнирной опорой требуется минимальное заглубление, обеспечи¬
вающее её устойчивость при возможном перемещении вперед и при
вращении основания в степени, достаточной для мобилизации пре¬
дельного пассивного давления грунта на противодействующей сто¬
роне стены. Для стены с жесткой заделкой заглубление значительно
длиннее минимального с целью обеспечения полной фиксации ос¬
нования (нулевое перемещение вперед и нулевое вращение). Стены,
опирающиеся консольно, несомненно, имеют наименьшую длину;
однако они испытывают более значительную степень воздействия
изгибающих моментов и анкерных сил; кроме того, они деформиру¬
ются в большей степени, чем аналогичные стены, заделанные жестко.
Расчет тонкостенных конструкций по условиям первого пре¬
дельного состояния состоит из указанных ниже шагов:
1. Геометрические характеристики модели определены с учетом
непредвиденной выемки грунта у основания котлована, согласно
п. 9.3.2.2.
2. При наличии разного гидравлического напора по обеим сторо¬
нам стены необходимо определить распределение порового дав¬
ления как на активной, так и пассивной стороне, согласно раз¬
делу 9.6. Разница в их значениях равна чистому давлению воды,
действующему на стену.
п. 9.3.2.2
253
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
3. В расчетах по предельному состоянию по потере несущей способ¬
ности грунта GEO ULS обычно предусматривается рассмотрение
горизонтальной силы и момента равновесия. Они выполняются с
целью определения минимального значения заглубления стены.
Значения вертикального равновесия применяются для опреде¬
ления соответствующих значений параметра (d) раздела стена-
грунт на активной и пассивной стороне стены. Шарнирно опер¬
тые стены требуют минимального заглубления, отвечая требова¬
ниям предельного состояния по вращательной устойчивости, т.е.
обеспечение соответствующей устойчивости против разрушения
пассивной зоны.
4. Заглубление стены можно увеличить сверх требуемого ми¬
нимума, для того чтобы уменьшить моменты изгиба или
определенные реакции крепления и снизить перемещение
закрепленного грунта или для решения гидравлических про¬
блем (например, для уменьшения фильтрации воды или для
предотвращения вспучивания грунта/выталкивающего воз¬
действия). В таких случаях расчеты, указанные выше, следует
повторить, используя новое значение величины заглубления
стены и соответствующие значения давления воды (обычно
отличные от предельных значений), совместимые с кинема¬
тическими ограничениями, налагаемыми на основание стены
и на места расположения креплений. Ниже приводятся моде¬
ли для указанных расчетов.
5. Расчет конструкции стен и анкерных креплений выполняется с
помощью расчетных значений результатов воздействий (изгиба¬
ющие моменты и силы, действующие на сдвиг) и анкерных сил,
определенных с помощью предшествующих анализов.
6. Другие критические состояния рассчитываются в зависимости от
того, что применимо. Такие предельные состояния могут вклю¬
чать: общую потерю устойчивости, потерю устойчивости анкер¬
ных креплений на нижней плоскости разрушения (например,
метод Кранца, описанный в EAU (1996)), потерю вертикальной
устойчивости, гидравлическое разрушение и т.п. Результаты этих
анализов могут привести к более длинным заглублениям стены,
увеличению несущей способности стены и элементов креплений
и/или увеличению длины анкерных креплений.
Расчет тонкостенных конструкций по первому предельному со¬
стоянию может выполняться с несколькими типами расчетных мо¬
делей, включая:
• модели предполагаемого значения давления грунта, такие как
модели предельного равновесия и модели с другими предпола¬
гаемыми значениями давления грунта (например, модели давле¬
ний грунта Терцаги и Пека);
254
Глава 9. Подпорные конструкции
• модели взаимодействия стена-грунт, такие как модели балок
на грунтовых пружинящих креплениях и модели конечных эле¬
ментов.
В каждом типе моделей предусматриваются разные допущения,
рассматривающие величины давлений грунта, действующих на сте¬
ну, и таким образом ограничивающие применимость моделей рам¬
ками ситуаций, для которых были сделаны указанные допущения.
В приведенных далее подразделах излагается порядок применения
трех подходов к проектированию при расчете вложенных стен по
условиям критического состояния для постоянных и временных
ситуаций. Кроме того, подчеркивается, что модели взаимодействия
стена-грунт могут применяться для расчетов по условиям предель¬
ного состояния по эксплуатационной пригодности.
Модели предельного равновесия
В моделях предельного равновесия считается, что предельные
давления грунта развиваются по всей высоте стены (предельное
активное давление на тыльной стороне стены и предельное пас¬
сивное давление грунта на лицевой стороне, т.е. на противодей¬
ствующей). В силу указанного допущения модели предельного
равновесия можно применять для расчета минимального за¬
глубления стены, необходимого для обеспечения вращательной
устойчивости консольных стен и стен, закрепленных на одном
уровне. Вычисления с помощью таких моделей дают расчетные
значения всех результатов воздействий на стену (изгибающие мо¬
менты, сопротивление сдвигу) и значения сил, действующих на
анкерные крепления для определения минимального заглубле¬
ния стены. Для стен с заглублением длиннее указанного мини¬
мального и для стен с многоуровневыми креплениями примене¬
ние моделей предельного равновесия не допускается, потому что
значения мобилизованных давлений грунта (на активной или на
противодействующей стороне) могут существенно отклоняться от
предельных значений.
Расчеты предельного состояния с помощью моделей предельного
равновесия для постоянных и временных ситуаций выполняются
с применением расчетных значений предельных давлений грунта,
которые определяются, как указано далее, каждым из трех подхо¬
дов к проектированию:
• подход к проектированию DA-1, сочетание 2, и подход к проек¬
тированию DA-3 — расчетные значения активных и пассивных
давлений грунта получаются с помощью частных коэффициен¬
тов параметров грунта ум из табл. АЛ (комплект М2);
• подходы к проектированию DA-2 и DA-1, сочетание 1 — расчет¬
ное значение составляющих активного давления грунта полу¬
255
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
чается с помощью соответствующих частных коэффициентов
воздействий (yG или yQ из табл. А.З, комплект А1). Расчетное
значение пассивного давления грунта получается из деления
характеристического значения на частный коэффициент сопро¬
тивления грунта yRe из табл. А.13: комплект R1 для DA-1, соче¬
тание 1 (рекомендуемое значение — 1,0) и комплект R2 для DA-2
(рекомендуемое значение — 1,4).
На рис. 9.1 показано применение моделей предельного равнове¬
сия при расчете свободно опертой стены, нагруженной активным
давлением грунта (аа), пассивным давлением грунта (ар) и чистым
давлением воды (aw).
В DA-2 все частные коэффициенты применяются в самом конце
вычислений (см. п. 2.4.5), т.е. общая внешняя сила (активное давле¬
ние грунта плюс чистая сила давления воды минус любая реакция
крепления) умножаются на частный коэффициент воздействия,
после чего результат сравнивается с результирующим сопротивле¬
нием (сила пассивного давления воды), деленным на частный коэф¬
фициент сопротивления, т.е.
■Fk YF ^ Rk /YRe-
Реализация указанной процедуры расчета усложняется тем, что
для разных составляющих внешнего воздействия (благоприятные,
неблагоприятные, постоянные и временные) требуются разные зна¬
чения частных коэффициентов воздействий (yF), а разделение со¬
ставляющих внешнего воздействия усложнено, что приводит к не¬
точностям в нелинейных расчетах.
Если поведение стены носит линейный характер (т.е. шарниры
пластичности не развиваются), то можно применить DA-2, исполь¬
зуя следующую эквивалентную альтернативную процедуру, назы¬
ваемую для удобства DA-2*:
• Воздействия на активной стороне стены (активное давление
грунта, чистое давление воды и любые другие постоянные воз¬
действия) вводятся в расчеты со значениями, равными своим
характеристическим значениям. Поверхностные изменяемые
нагрузки вводятся в расчет со значениями q = qk (yQ /yG), где
— характеристическое значение (для учета разницы между
частными коэффициентами временных и постоянных воздей¬
ствий).
• Сопротивления грунта на пассивной стороне стены вводятся
в расчет со своими характеристическими значениями, увязан¬
ными коэффициентом l/(yRe yG)> Для учета частного коэффи¬
циента сопротивления грунта (yRe) и частного коэффициента
постоянных воздействий (yG), отсутствующих в воздействии
на активной стороне.
256
Глава 9. Подпорные конструкции
Qd=1,3q,,
Ш1ШШШ
а Qd = 1,5Qk
1ШШШШ
Qd = 1.1 Qk
Рис. 9.1. Применение модели предельного равновесия: а — с подходами
к проектированию DA-1, сочетание 2, и с DA-3; б — с подходом
к проектированию DA-2; эта же модель может применяться
и с DA-1, сочетание 1f при yRe = 1 (вместо 1,4); в — применяя
эквивалентную альтернативную процедуру DA-2*, содержание которой
приведено в настоящем Руководстве
257
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
• Расчеты равновесия выполняются с любым подходом к проек¬
тированию, в результате чего определяются минимальное заглу¬
бление стены, результаты воздействий (например, моменты из¬
гиба) и реакции креплений. Расчетные значения результатов воз¬
действий и реакции креплений определяются путем умножения
вычисленных значений на частный коэффициент yG (поскольку
этот коэффициент не применялся к воздействиям на активной
стороне).
Если поведение стены носит линейный характер, то резуль¬
тат расчета с DA-2* будет таким же, как и результат, полученный
применением DA-2. На рис. 9.1,в показана реализация моделей
предельного равновесия с DA-2* (как описано выше) при расчете
свободно опертой стены.
Балочные модели с предполагаемыми нагрузками
давления грунта
При расчете с применением балочной модели с предполагаемыми
нагрузками грунта стена моделируется в виде балки, установлен¬
ной на опоры в местах расположения анкерных креплений (или
стержней) и в точках приложения результирующего давления грун¬
та на пассивной стороне стены. Балка нагружена чистым давлением
воды и заранее известным распределением давления грунта на ак¬
тивной стороне стены (пример, Терцаги и Пек; значения давления
грунта для стен с многостержневым креплением). Обычно форма
распределения давления грунта на противодействующей стороне
стены предполагается также с целью определения точек приложе¬
ния результирующего сопротивления грунта. Для заданного за¬
глубления стены вычисление равновесия дает расчетные значения
результатов воздействий на стену, реакции креплений и сопротив¬
ление грунта на пассивной стороне, что необходимо для обеспече¬
ния равновесия. Достаточность заглубления стены обеспечивается
проверкой, устанавливающей, что расчетное значение сопротивле¬
ния грунта на пассивной стороне, вычисленное по равновесию, не
превышает расчетное значение предельного сопротивления земли
(предельная сила пассивного давления грунта). Модели предель¬
ного равновесия принадлежат к классу моделей предполагаемого
давления грунта, поскольку давления грунта известны заранее (они
равны предельным значениям).
На рис. 9.2 показана балочная модель с многоуровневым кре¬
плением и предполагаемыми нагрузками давления грунта. Для ба¬
лочных моделей с предполагаемыми давлениями все три подхода
к проектированию применимы так же, как и модели предельного
равновесия (см. выше).
Точность расчетов балочных моделей с предполагаемыми давле¬
ниями грунта зависит от точности определения распределения дав¬
258
Глава 9. Подпорные конструкции
ления грунта. Поскольку распределение давления сильно зависит
от поперечного отклонения стены (т.е. от жесткости грунта, стены и
креплений, а также от последовательности выполнения строитель¬
ных работ), то более современные модели, включая модель взаимо¬
действия стена-грунт, считаются более подходящими. Модели, рас¬
чет которых основывается на грунтовых пружинах и на конечных
элементах, рассматриваются ниже.
Рис. 9.2. Балочная модель стены с многоуровневым креплением
с принятыми нагрузками давления грунта
Балочные модели на грунтовых пружинах (модели
упругой деформации)
В пружинных моделях стены рассматриваются в виде балки, име¬
ющей одно измерение. Взаимодействие стена-грунт рассматри¬
вается упрощенным способом, а именно с помощью независимых
нелинейных пружинных креплений, установленных на активной и
пассивной сторонах стены или непрерывно распределенных, или
сосредоточенных в определенных местах вдоль стены. Модели
упругой деформации применимы в случаях, когда результаты вза¬
имодействия стена-грунт играют важную роль, т.е. для стен, закре¬
пленных во многих точках; для стен, длина которых превышает ми¬
нимальную длину, обеспечивающую устойчивость нижней части;
для очень жестких стен, удерживающих переуплотненный грунт и/
или погруженных в очень плотный грунт (например, в скальную
породу); для стен, опертых на очень жесткие элементы (стерж¬
ни или анкера), установленные ранее и сильно преднапряженные
(см. рис. 9.5). Кроме того, модели упругой деформации подходят
для случаев, когда выполняется ступенчатая выемка грунта и пред¬
усматривается постепенное (многоступенчатое) преднапряжение
анкерных креплений.
Динамика работы моделей упругой деформации деформация-на¬
пряжение моделирует, в максимально возможной степени, реакцию
грунта, сдвинутого с исходной точки К0 к точке предельного состоя¬
259
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
ния. Грунтовые модели упругой деформации достигают предела те¬
кучести при давлениях, соответствующих предельным активным и
пассивным давлениям, а их жесткость перед достижением предела
текучести может быть или постоянной, или многолинейной. Следо¬
вательно, давления грунта, мобилизованные на активной и проти¬
водействующей стороне стены, определяются с помощью реакций
моделей упругой деформации. Мобилизованные давления, кроме
того, согласуются с отклонениями стены, обусловленной жестко¬
стью стены и её креплениями.
Модели упругой деформации могут применяться с тремя подхо¬
дами к проектированию, предусмотренными Еврокодами, следую¬
щим образом:
1. DA-1, сочетание 2, и DA-3. Расчетные значения параметров
прочности грунта (полученных с помощью частных коэффици¬
ентов ум из табл. АЛ, комплект М2), применяются для опреде¬
ления предела текучести грунтовых пружин. Таким образом, с
помощью расчетов можно убедиться в том, что мобилизованное
сопротивление грунта на пассивной стороне стены не превышает
предельного сопротивления грунта. Вычисления обеспечивают
определение значений всех результатов воздействий на стену
(например, расчетные значения реакции креплений). Если счи¬
тается, что поведение стены носит упругопластичный характер,
значение текучести момента изгиба стены, вводимое в расчеты
(Ми), следует принимать как значение, равное расчетному значе¬
нию критического (пластичного) момента сопротивления, т.е. Ми
= Mud = Mu k /ум , где Ми k — характеристический момент сопро¬
тивления части стены, а ум — частный коэффициент прочности
материала стены.
2. DA-2 и DA-1, сочетание 1. При применении DA-2 и DA-1, со¬
четание 1, обычно предусматривают увязку коэффициентами
воздействий (давления грунта и чистое давление воды) на ак¬
тивной стороне стены, применив частные коэффициенты боль¬
ше единицы (yG и yQ из табл. АЗ, комплект А1). Вместе с тем
увязка коэффициентами не согласуется с анализом взаимодей¬
ствия стена-грунт, поскольку в нем предусматривается введе¬
ние искусственного перехода грунтовых пружин в состояние
текучести, что приводит к нереальным перераспределениям на¬
пряжений вдоль стены. Следовательно, можно принять следу¬
ющую процедуру:
а) все параметры грунта, значения чистого давления воды
и иных постоянных воздействий вводятся в расчет со значе¬
ниями, равными их характеристическим значениям. Поверх¬
ностные переменные нагрузки вводятся в расчеты со значени-
260
Глава 9. Подпорные конструкции
ем q = qk (yq /yG ), где qv — характеристическое значение, для
того чтобы учесть разницу между частными коэффициентами
переменных и постоянных воздействий. Если считается, что
поведение стены носит упругопластичный характер, значение
текучести момента изгиба стены, вводимое в расчеты (Ми),
следует принимать как значение, равное расчетному значе¬
нию критического (пластичного) момента сопротивления,
деленного на yG, а именно
Mu — /уо — /(ym Yg)>
б) с помощью расчета равновесия получаются не увязанные
коэффициентами значения реакций креплений, результаты
воздействий (например, изгибающие моменты) и значение
мобилизованного сопротивления грунта (Rmoь) на пассивной
стороне стены. Расчетные значения указанных величин полу¬
чаются умножением вычисленных значений на частный ко¬
эффициент неблагоприятного постоянного воздействия (yG
из табл. А.З, комплект А1У рекомендуемое значение 1,35). На¬
пример, расчетное значение мобилизованного сопротивления
грунта
-^mob.d — Yg -^mob>
в) для проверки устойчивости основания стены к разрушению,
вызываемому вращением, необходимо убедиться в том, что
определенное расчетное значение мобилизованного сопро¬
тивления грунта (i?mob,d ) не превышает расчетное значение
предельного сопротивления грунта (Rpcj), а именно:
■^mob, — -^p.d
YG-Rmob - ^p,k /YR,e
^ -^mob — -^p.k /YgYr.o
где частный коэффициент сопротивления грунта yRe берется
из табл. А. 13, комплект R1 для DA-1, сочетание 1 (рекомен¬
дуемое значение 1,0) и комплект R2 для DA-2 (рекомендуемое
значение 1,4).
При применении DA-2 этот метод гарантирует, что факти¬
чески мобилизованное сопротивление грунта Rmob не пре¬
вышает более 50 % предельного сопротивления грунта Rp k,
поскольку
1/YgYr, е= 1/(1,35 X 1,4) = 1/1,89 = 0,53,
т.е. обеспечивается получение минимального общего
коэффициента надежности (OFS) > 1,89 в отношении
разрушения, вызываемого вращением основания стены.
В DA-1, сочетание 1, значение общего коэффициента на¬
дежности (OFS) ниже (> 1,35), но сочетание 2 более кри-
261
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
тично по отношению к надежности против разрушения,
вызываемого вращением основания стены (обеспечивая,
таким образом, большее значение общего коэффициента
надежности).
Кроме предельных значений давления грунта, для модели упру¬
гой деформации требуется коэффициент статического давления
грунта К0, поскольку он влияет на исходное нагружение стены до её
отклонения, а также другие параметры, такие как пружинная жест¬
кость грунта, изгибная жесткость (ЕГ) стены и осевая жесткость
креплений (стержней и анкеров). Для получения значения упругой
жесткости грунта с помощью результатов испытаний грунта (прес-
сиометрические испытания и испытания зондированием) были
установлены эмпирические правила. Подчеркивается, что инфор¬
мация, включенная в Приложение С2, относится к перемещениям,
необходимым для мобилизации предельных давлений грунта по
всей длине стены, и не подходит для определения жесткости грунта
с помощью пружинных моделей.
Поскольку перемещение грунта является критическим фактором
для расчетов предельного состояния с помощью пружинных моде¬
лей, важными параметрами взаимодействия являются исходные на¬
пряжения грунта, связь между напряжениями и деформациями от
исходного значения К0 до предельных давлений (активного и пас¬
сивного), жесткость стены и её креплений и в заключение — дета¬
лизированная последовательность выполнения строительных опера¬
ций. Хотя в EN 1997-1 не даются указания по расчетным значениям
этих параметров, рекомендуется, чтобы расчетные значения упругой
жесткости грунта, коэффициента К0 и другие параметры модели, не
относящиеся к прочности, устанавливались равными их характе¬
ристическим значениям. Обычно расчет надежности выполняется
с помощью низких характеристических значений упругой жесткости
и высоких характеристических значений К0. Но, поскольку трудно
получить надежные значения упругой жесткости и коэффициента
К0, рекомендуется проверять степень точности расчетов в зависимо¬
сти от изменения указанных параметров. Кроме того, рекомендуется
в соответствующих случаях проверять расчеты с помощью верхних
и нижних значений жесткости стены и креплений.
Модели расчета методом конечных элементов
В моделях расчета методом конечных элементов рассматривается
взаимодействие стена-грунт (грунт рассматривается в виде сплош¬
ной среды, соприкасающейся со стеной) и путем наложения со¬
вместности перемещений граничной поверхности стена-грунт. Сле¬
довательно, модели расчета методом конечных элементов подходят
для расчета любых видов вложенных стен; кроме того, они особенно
262
Глава 9. Подпорные конструкции
полезны в случаях, когда важную роль играют результаты взаимо¬
действия между стеной и грунтом, т.е. в тех случаях, когда могут
применяться пружинные модели (см. информацию выше).
Преимущество моделей расчета методом конечных элементов по
сравнению с пружинными заключается в том, что в моделях расчета
методом конечных элементов не предусматривается расшифровка
кривой грунта напряжение-деформация во взаимодействии давле¬
ние-перемещение (что предусмотрено в модели упругой деформа¬
ции), следовательно, существенная неопределенность, связанная с
расшифровкой, исключается из расчета.
Модели расчета методом конечных элементов могут применять¬
ся с тремя подходами к проектированию следующим образом:
1. DA-1, сочетание 2, и DA-3. Процедура, изложенная выше и пред¬
назначенная для определения длины стены с применением пру¬
жинных моделей для DA-1, сочетание 1, и DA-2 с расчетными зна¬
чениями параметров прочности грунта, может также применяться
с моделями расчета методом конечных элементов. С другой сто¬
роны, численные расчеты могут выполняться с помощью харак¬
теристических значений параметров прочности грунта. В этом
случае, когда необходимо проверить выполнение требований по
условиям предельного состояния (т.е. соответствие имеющегося
запаса надежности против разрушения основания стены на каж¬
дом этапе выемки грунта), значения параметров прочности грунта
постепенно снижаются до своих расчетных значений (полученных
посредством применения частных коэффициентов ум из табл. АЛ,
комплект М2), в то же время подтверждая, что устойчивость моде¬
ли стоит под угрозой. Метод снижения прочности более подробно
излагается в главе И (общая устойчивость конструкции).
С помощью обеих процедур можно получить расчетные зна¬
чения результатов воздействий на стену и реакций креплений;
однако второй процедуре отдается предпочтение, когда взаи¬
модействие напряжение-деформация грунта сильно зависит
от предшествующего нагружения.
2. DA-2 и DA-1, сочетание 1. Процедура, изложенная для соот¬
ветствующей модели упругой деформации, может применять¬
ся с DA-2 и DA-1, сочетание 1 (см. информацию выше), т.е. все
параметры грунта, чистые давления воды и другие постоянные
воздействия вводятся в расчет со значениями, равными их харак¬
теристическим значениям
Специальные замечания по применению подхода
к проектированию DA-1 со всеми расчетными моделями
Подход к проектированию DA-1, предусматривающий выполне¬
ние двух расчетов, минимальное заглубление стены, требуемое
263
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
для обеспечения устойчивости основания, обуславливается расче¬
тами, используя анализ сочетания 2. Поэтому рекомендуется, что¬
бы сначала был выполнен анализ сочетания 2 с целью определения
необходимой длины заглубления, а затем, во втором расчете, был
выполнен анализ сочетания 1 с целью определения того, что упо¬
мянутая длина фактически больше минимальной длины, требуе¬
мой анализом сочетания 1. Для второго расчета (анализ сочетания
1) больше подходит пружинная модель (или модель расчета мето¬
дом конечных элементов), потому что заглубление стены, рассчи¬
танное с помощью сочетания 2, вероятней всего, длиннее, чем это
требуется сочетанием 1. Таким образом, мобилизованное давление
грунта на противодействующей стороне стены, согласно анализу
сочетания 1, будет меньше предельного значения. Момент сопро¬
тивления стены во втором расчете можно вывести из максималь¬
ного изгибающего момента, полученного в первом расчете. Расчет
части стены и анкерных креплений (DA-1) необходимо выполнить
с использованием самого большого из максимальных расчетных
изгибающих моментов и анкерных сил, полученных из двух соче¬
таний с применением одинаковой расчетной длины стены, т.е. мак¬
симальной длины, полученной по результатам двух предыдущих
анализов.
В примере 9.2 приводится методика расчета вложенной стены
по условиям критически предельного состояния, закрепленной од¬
ним рядом анкеров, с использованием подходов к проектированию.
В этом примере, кроме того, рассматривается разрушение основа¬
ния, вызванного гидравлическим вспучиванием.
9.8. Расчет по предельному эксплуатационному
состоянию
9.8.1. Общие положения
п.9.8.1(5) В условиях эксплуатационной пригодности смещение стен не
является значительным для мобилизации предельных давлений
грунта. Это, в частности, относится к случаям, когда удерживае¬
мый грунт переуплотнен или сильно утрамбован, когда подпор¬
ная конструкция и её фундамент в известной степени обладают
жесткостью (например, гравитационные стены, установленные на
сваи) или когда допустимый предел перемещения конструкций за
стеной незначителен. В этих случаях соответствующие давления
грунта, как правило, больше предельных давлений на активной
стороне стены и меньше предельных — на её пассивной стороне.
Порядок определения соответствующих давлений грунта для рас¬
чета по условиям предельного эксплуатационного состояния из¬
лагается в разделе 9.5.
264
Глава 9. Подпорные конструкции
При расчетах по условиям предельного эксплуатационного со¬
стояния, как отмечается в п. 2.4.8(2), значения частных коэффици¬
ентов, как правило, принимаются за единицу с тем, чтобы расчет¬
ные значения всех воздействий, сопротивлений и параметров грун¬
та равнялись их характеристическим значениям. Следовательно,
расчетные значения давлений грунта для определения предельного
эксплуатационного состояния следует вычислять при помощи рас¬
четных значений всех параметров грунта, равных их характеристи¬
ческим значениям.
9.8.2. Смещения
Согласно EN 1997-1, следующие подходы следует применять при
выполнении расчетов подпорных конструкций по условиям пре¬
дельного эксплуатационного состояния:
1. Определение предельных допустимых значений смещений сте¬
ны и других свободно опертых конструкций и систем.
2. Предварительная оценка, на основании сопоставимого опыта,
степени изгибания и смещений стены и их влияние на подпор¬
ные конструкции и системы.
3. Тщательное исследование, включая точное вычисление степени
смещения, выполняется в следующих ситуациях:
а) значение исходной предварительной оценки превышает до¬
пустимые предельные значения;
б) нет сопоставимого опыта;
в) соседние конструкции и системы восприимчивы к смещению
стены.
В п. 9.82(6) рекомендуется, чтобы результаты вычислений сме¬
щения учитывались, если стена удерживает более 6 м устойчивого
грунта низкой степени пластичности (твердый, полутвёрдый, ту¬
гопластичный) или 3 м высокопластичного грунта (пластичный,
текучепластичный, текучий), или в случае, когда стена опирается
на мягкую глину в пределах своей высоты или ниже своего осно¬
вания
Изгибание стены и смещение грунта по условиям предельного экс¬
плуатационного состояния рассчитываются по числовым анализам
(например, модели расчета методом конечных элементов) системы
грунт-конструкция, включая полное возведение стены и (в соответ¬
ствующих случаях) последовательность установки креплений. Основ¬
ная ненадежность этих анализов заключается в правильной оценке со¬
ответствующей жесткости грунта, а именно жесткость, соответствую¬
щая уровню деформации, характеру деформации, анизотропии грунта
и т.п. Если выполнение таких анализов считается нецелесообразным,
то изгибание тонкостенных конструкций вычисляется моделировани-
п. 2.4.8(2)
п. 9.8.2
п. 9.8.2(1)Р
п. 9.8.2(2)Р
п. 9.8.2(3)Р
п. 9.8.2(5)Р
п. 9.8.2(6)
265
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
ем конструкции в виде балки, опертой на упругопластичные пружины
винклеровского типа, что уже рассматривалось при расчете по крити¬
чески предельному состоянию (см. раздел 9.7). Одно из ограничений,
предусмотренное этими моделями, заключается в том, что смещения
удерживаемого грунта (а следовательно, и конструкций и сооруже¬
ний, оказавшихся под воздействием) не вычисляются, а определяются
косвенно.
Избыточная выемка грунта, как правило, не вводится в расчет
предельного эксплуатационного состояния. Значения характери¬
стического сопротивления и параметров грунта выбираются в виде
предусмотрительной оценки значений, обуславливающих рассма¬
триваемое состояние эксплуатационной пригодности. Согласно
п. 4.2(8) EN 1990 (Основы строительного проектирования), харак¬
теристические значения параметров жесткости равны их средним
значениям. Это приемлемо при рассмотрении жесткости конструк¬
ций, но не подходит для определения жесткости грунта, что и отме¬
чено в EN 1997-1, в котором требуется, чтобы характеристическое
значение жесткости грунта определялось в виде предварительной
п. 2Л.5.2(2)Р оценки среднего значения, а не в виде среднего значения. И нако¬
нец, подчеркивается, что поскольку жесткость грунта зависит от
деформирования, то его значение, применяемое в конструктивных
расчетах по условию предельного эксплуатационного состояния,
может отличаться от соответствующего «пластичного» значения,
применяемого в конструктивных расчетах по условию критически
(первого) предельного состояния, выполненных посредством ко¬
нечных элементов (где деформирования, как правило, значитель¬
ней деформирований по условию предельного эксплуатационного
состояния).
В примере 9.2 представлена методика расчета тонкостенной кон¬
струкции, опирающейся на один ряд анкерных креплений, по усло¬
виям предельного эксплуатационного состояния.
Пример 9.1: расчет цокольной части подпорной стены
(гравитационной) по условиям критически предельного
состояния
В данном примере представлен расчет бетонной цокольной ча¬
сти подпорной стены (гравитационной) по условиям критиче¬
ски предельного состояния согласно трем подходам к проекти¬
рованию, установленным EN 1997-1. В примере сравниваются
результаты расчета с результатами расчета методом общего ко¬
эффициента надежности (OFS).
266
Глава 9. Подпорные конструкции
На рис. 9.3 показана стена, удерживающая несвязный, граве¬
листый песок от средней до большой плотности, имеющий
уклон р = 20°. Грунт под основанием стены и грунт перед
основанием стены, обеспечивающий сопротивление, име¬
ет такие же свойства, что и удерживаемый грунт. Обратная
сторона основания стены считается шероховатой (бетон за¬
литый в грунт); вертикальная поверхность основания сте¬
ны на пассивной стороне считается гладкой (бетон, залитый
в ровную опалубку). Для упрощения расчета гидравличе¬
ские действия не принимают во внимание, считая, что гори¬
зонт грунтовых вод значительно ниже зоны влияния стены.
В расчете применяются указанные ниже параметры:
• Геометрические данные (см. рис. 9.3):
— высота цокольной части стены: h = 6 м;
— величина заглубления основания: = 0,80 м. Согласно
п. 93.2.2, предусматривается непредвиденная избыточная
выемка грунта. Избыточная выемка менее 10 % от h может
быть обоснована, поскольку обеспечение устойчивости сте¬
ны только в незначительной степени зависит от сопротивле¬
ния грунта, а уровень грунта на пассивной стороне, как пра¬
вило, хорошо контролируется;
— высота основания: h2 = 0,80 м;
— ширина цокольной части: верх, Ьх = 0,50 м; низ, Ь3 = 0,70 м;
— ширина основания: Ь2 = 0,95 м.
• Характеристические значения параметров материала и воз¬
действий:
— характеристический угол внутреннего трения грунто¬
вой засыпки и грунта (под основанием стены на пассивной
стороне): срк' = 32°. Для упрощения расчетов считается, что
максимальный угол прочности равен углу критического со¬
стояния;
— удельный вес материала грунтовой засыпки и грунта:
ук = 20 кН/м3;
— параметр поверхности раздела стена-грунт (угол трения)
на нижней стороне основания стены (считается шерохова¬
той; бетон, залитый в грунт; см. п. 6.53(10): 5к = срк = 32°;
— параметр поверхности раздела стена-грунт (угол трения)
на пассивной стороне (считается гладкой; бетон, залитый
в опалубку с ровными стенами): 8рк = 20°;
— удельный вес бетона: уьк = 24 кН/м3;
— дополнительная нагрузка на поверхности грунта (перемен¬
ное воздействие): qk= 10 кПа.
267
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
Рис. 9.3. Геометрические данные бетонной цокольной части
подпорной стены (гравитационная)
Рис. 9.4. Воздействия и сопротивления по условиям предельных
состояний по потере несущей способности грунта (а)
и конструкции (б)
268
Глава 9. Подпорные конструкции
Цель расчета заключается в определении необходимой мини¬
мальной ширины b нижней части для обеспечения устойчивости,
а также в расчете изгибающих моментов и значений сил смеще¬
ния на критических частях стены. Минимальная ширина задней
нижней части определяется расчетом предельных состояний по
потере несущей способности грунта, а именно определением пре¬
вышения сопротивления смещению у основания стены и опре¬
делением разрушения фундамента в результате потери несущей
способности. Расчет конструкции стены (вычисление изгибаю¬
щих моментов и сил сдвига на критических частях) выполняется
определением предельных состояний по разрушению конструк¬
ции только у основания подпорной стены; аналогичный порядок
выполняется для расчета критических частей (рис. 9.4).
Для краткости изложения данного примера проверка по пре¬
дельному эксплуатационному состоянию не рассматривается.
Требования по эксплуатационной пригодности связаны со сме¬
щениями стены и удерживаемым грунтом, а также с эксплуата¬
ционными параметрами частей бетонных элементов (вчастности,
с образованием трещин). Процедура расчета критических эксплу¬
атационных состояний изложена в разделе 9.8.2. В ней предусма¬
тривается, в первую очередь, выполнение оценки изгибания сте¬
ны и результирующих перемещений грунта, руководствуясь име¬
ющимся сопоставимым опытом; затем, если предельные значения
превышены, выполнение подробного, точного расчета (например,
с помощью анализа методом конечных элементов). В данном при¬
мере считается, что грунт за стеной и под ней относительно плот¬
ный, и за стеной не находятся какие-либо конструкции. Из этого
следует, что, руководствуясь применением сопоставимого опыта,
предполагаемые перемещения грунта приемлемы.
При критически предельных состояниях по разрушению
грунта (GEO ULS) потеря несущей способности происходит
в грунте, поэтому смещения стены достаточно велики для мо¬
билизации активного давления грунта Ра вдоль «виртуальной
тыльной стороны» стены (см. рис. 9.4). Давление направлено
под углом к поверхности склона (Р = 20°), безотносительно к
углу сопротивления смещению грунта (см. раздел 9.7). Следу¬
ет учитывать, что применение значения активного давления
грунта к «виртуальной тыльной стороне» стены подразумева¬
ет наличие достаточно большой ширины нижней части, чтобы
допустить развитие сопряженной поверхности разрушения ку-
лоновского типа (наклоненной под 45° + ср’к/2 к горизонтали)
в пределах массива грунта над нижней частью, т.е. длина ниж¬
ней части не должна быть намного меньше:
269
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
bmin = htg(45 + <p’u/2) = 3,32 м.
В критически предельных состояниях по потере несущей спо¬
собности грунта (GEO ULS) смещение стены также достаточно
для мобилизации предельного сопротивления грунта, а именно
силы предельного пассивного давления грунта Рр перед основа¬
нием стены. Обычно такие критически предельные состояния
определяются путем проверки того, что расчетное значение
результата воздействия не превышает расчетное значение соот¬
ветствующего сопротивления, т.е. Ed < Rd. На рис. 9.4 д показаны
воздействия и сопротивления, направленные на стену. Имейте в
виду, что в приведенных ниже уравнениях буква «d», обознача¬
ющая расчетное давление, исключается для упрощения.
Для проверки смещения основания: Eh < Ph,
где Eh = Pah = (Pa,q+ Pa,g)cos p — горизонтальное воздействие на
виртуальную тыльную сторону стены(= Ph),
a Ph = Pph = (Gb + Gs + Pa v - Pp,v)tg P — горизонтальное сопротив¬
ление смещению основания стены. Следует отметить, что в этом
расчете сила предельного пассивного давления грунта Pph перед
стеной рассматривается в виде сопротивления грунта (см. со¬
держание раздела 9.3.1 и п. 65.3(5)).
Для определения сопротивления потере несущей способно¬
сти фундамента: Еу < R„
где Еу = Gt, + Gs + Pav - Р — вертикальное воздействие на фун¬
дамент,
Еъ = Pah ~ Pph ~~ горизонтальное воздействие на фундамент,
a Ry — предельное сопротивление несущей способности фунда¬
мента для наклонных и внецентренных нагрузок (вычисленных
методом расчета, описанным в Приложении D). Имейте в виду,
что в этом расчете сила предельного пассивного давления грунта
Рр перед стеной рассматривается в виде благоприятного воздей¬
ствия (см. содержание раздела 9.3.1 и п. 65.2.1 (3)Р).
В данном случае Pah и Pav являются соответственно горизон¬
тальными и вертикальными составляющими силы активного
давления грунта, действующей на «виртуальную тыльную сто¬
рону» стены (высота Н = h2 + h + b tg P):
^ah = ^ah,q + ^ah,g ^ah,q = ^ah Ф Pah.g = I/2 ^ah Y#2
Paw ~ -^av.q -^av.g -^av.q — -^ah,q P Paw,g — -^ah.g P*
Примечание: дополнительная нагрузка на поверхность (q) в
виде переменного воздействия включается в расчет только отно¬
сительно поверхности склона за «виртуальной тыльной сторо¬
ной» стены, где она представляется неблагоприятным воздействи¬
ем, т.е. не над нижней частью, где оно считается благоприятным.
270
Глава 9. Подпорные конструкции
Pph и Ppv являются соответственно горизонтальными и верти¬
кальными составляющими силы предельного пассивного дав¬
ления грунта, действующей на переднюю сторону основания
стены (высота hx)\
Pph - 1/2 Kph уН/ Ppv = Pphtg 8р.
В этом примере предполагается, что предельное пассивное
давление грунта (действующее под углом 5р) развивается в
критически предельных состояниях по потере несущей способ¬
ности грунта, поскольку считается, что стена может смещаться
в достаточной степени для того, чтобы мобилизовать предель¬
ное пассивное давление грунта. Подчеркивается, что нередко
делаются консервативные допущения относительно величины
давления грунта на пассивной стороне гравитационных стен
(с учетом ограниченной подвижности стены, например, см.
п. 6.5.3(5)), такие как 5р = 0 или Кр= 1, или даже пассивное дав¬
ление грунта полностью не принимается во внимание.
Gh — вес бетонной стены:
Gb = Gbl + Gb2 Gb2 = 1/2 (b1 + &з)Ьу Gb2 = (b2 + b3 + b)h2y,
Gs — вес материала грунтовой засыпки над нижней частью
стены (между стеной и «виртуальной тыльной стороной»):
Gs = Gsl + Gs2 Gs1 = bhy Gs2 = 1/2b 2y tg p.
При расчете потери несущей способности фундамента экс¬
центриситет (ев) вертикального воздействия (Еу) определяется
следующим образом (см. рис. 9.3 и 9.4):
1. Расчет опрокидывающего момента М0 воздействий относи¬
тельно передней части основания стены (точка О) положи¬
тельный, если действует против часовой стрелки (см. рис. 9.3):
Mo-ZFpffo-ЕВД.
используя следующие воздействия (F) и соответствующие пле¬
чи внутренней пары сил:
— воздействие Pah,q с плечом внутренней пары сил Y= Н/2;
— воздействие Pahg с плечом внутренней пары сил Y = Я/3;
— воздействие Pavq и Pavg с плечом внутренней пары сил X =
= Ъ2 + Ьъ + Ь\
— воздействие Сы с плечом внутренней пары сил X = Ь2 +
+ 63/2;
— воздействие Gb2 с плечом внутренней пары сил X = (Ь2 +
+ Ь3 + Ъ)/2, считая, что вертикальная часть стены наклонена
симметрично спереди и сзади. Незначительный наклон задней
части стены (0,95° по вертикали) не принимается во внимание
271
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
при расчете давления грунта по критически предельному состо¬
янию по разрушению конструкции;
— воздействие Gsl с плечом внутренней пары сил X = Ь2 + Ь3 +
+ Ь/2;
— воздействие Gs2 с плечом внутренней пары сил X = Ь2 + Ь3 +
+ 2/Зь;
— воздействие (— Pph) с плечом внутренней пары сил Y= hj 3.
2. Вычисление эксцентриситета вертикального воздействия Еу:
где В = b2 + b3 + b — общая длина основания стены. Эксцентри¬
ситет является положительным, если вертикальное воздействие
применяется справа от центра основания стены (см. рис. 9.3).
При критически предельных состояниях по разрушению
конструкции разрушение элементов конструкции (например,
основание стены) происходит в результате развития шарнира
пластичности данной части. Расчет части стены у основания
цокольной части предусматривает определение расчетного из¬
гибающего момента и силы сдвига в указанном месте, вызывае¬
мого горизонтальной составляющей соответствующей силы Ph,
обусловленной предельным активным давлением грунта, дей¬
ствующим по длине h стены (см. рис. 9.4,6):
Д = Д,ч + Д,8 Д.ч = Khqh Phg = 1/2 Kh уН2.
При критически предельных состояниях по разрушению кон¬
струкции соответствующий коэффициент Kh давления грунта
должен согласовываться с вращением стены, когда шарнир пла¬
стичности развивается у основания. Вращение стены при указан¬
ных условиях может быть недостаточным для полной мобилиза¬
ции активного давления грунта в материале грунтовой засыпки;
в данном примере рассматриваются два альтернативных значе¬
ния давления грунта (другие допущения могут тоже принимать¬
ся в зависимости от кинематических ограничений стены):
1) активное давление грунта, которое рассматривается, если
смещение стены достаточно, чтобы вызвать критически пре¬
дельное состояние удерживаемого грунта, когда предельное
состояние достигается в конструкции (в основании). Поэто-
му Kh = Kah;
2) промежуточное давление грунта, соответствующее коэффици¬
енту давления грунта Кh = 0,5(iCah + К0), т.е. среднему значению
коэффициента горизонтального статического давления грунта
К0 и коэффициента горизонтального активного давления грун¬
та^. Значение давления грунта, составляющее приблизитель¬
272
Глава 9. Подпорные конструкции
но эту величину, может рассматриваться, если стена и фунда¬
мент обладают жесткостью, а условие предельного состояния
развивается в бетонной части до развития предельного состо¬
яния в удерживаемом грунте (см. п. 95.4).
Расчетное значение угла внутреннего трения ((p’d) определя¬
ется с помощью уравнения
<p'd - arctg
— tg<P'k
УФ'
где ф’к — характеристический угол внутреннего трения грунта,
а частный коэффициент уф- берется из табл. АЛ.
В DA-1, сочетание 1, и DA-2, уф’ = 1 {табл. АЛ), таким обра¬
зом, = cp’k = 32°, а в передней части стены 5d = 8k = 20°, в то вре¬
мя как на «виртуальной тыльной стороне» стены 5d = Р = 20°.
Расчетное (и характеристическое) значение коэффициента ак¬
тивного давления грунта (K.dh) для грунтовой засыпки опреде¬
ляется из рис. С.1.3 для cp’d = 32°, р = 20° и 5d/(p’d = Р/ф’а = 0,625.
Отсюда iCah = 0,35. Следует иметь в виду, что угол наклона дав¬
ления грунта на «виртуальную тыльную сторону» стены счита¬
ется равным углу наклона поверхности грунта, вне зависимости
от его параметров (см. раздел 9.7). Расчетное значение коэффи¬
циента горизонтального статического давления грунта засып¬
ки определяется с помощью уравнения (9.2) с коэффициентом
переуплотнения (OCR) равным 1:
К0 = (1 - simp'd)(l + sinP) = 0,631.
Проектное (и характерное) значение коэффициента предель¬
ного пассивного давления может быть получено из рис. С.21 для
ф'а = 32, р = 0° и 8d'A>d' = 20/32 = 0,625. Таким образом, Kph = 5,5.
В сочетании 2 DA-1 и в DA-3 уф< = 1,25 (табл. АЛ), поэтому
ф'а = 26,6° , а на передней части стены 8d = tn'1 (tn ф’к/1,25) =
= 16,2°, в то время как на задней части 8d = Р = 20°. Расчетное
значение коэффициента i<Cph активного давления грунта обрат¬
ной засыпки определяется по рис. С. 13 Приложения С для ф^ =
= 26,6°, Р = 20° и 8dA>'d = Р/ф'а =0,75. Таким образом, iCah = 0,88.
Расчетное значение коэффициента горизонтального давления
грунта обратной засыпки в покое рассчитывается из уравне¬
ния (9.2) с коэффициентом переуплотнения OCR = 1:
К0 = (1 - sin ф’)(1 + sin Р) = 0,741.
Расчетное значение коэффициента предельного пассивного
давления грунта определяется с помощью рис. С.21 Приложе¬
ния С для
273
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
cp'd = 26,6°, р = 0° и 5d / = 16,2/26,6 = 0,62. Следовательно,
iCph = 3,9.
Последовательность выполнения вычислений и результаты
вычислений по трем подходам к проектированию и по методу
общего коэффициента надежности изложены в таблицах, при¬
веденных ниже.
Значения соответствующих частных коэффициентов, взя¬
тых из Приложения А, также включены в эти таблицы, чтобы
упростить нахождение по ссылкам. Следует отметить, что в
DA-1 ширина основания определяется по наиболее жёстко¬
му из двух сочетаний (в данном примере, сочетание 2). Со¬
гласно методу общего коэффициента, «расчетные значения»
различных величин аналогичны своим «характеристическим
значениям», поскольку этот метод не предусматривает при¬
менение частных коэффициентов; «характеристические зна¬
чения» определяются с помощью характеристических пара¬
метров грунта, установленных подходами к проектированию.
Характеристические и расчетные значения геотехнических
(Pag, Paq ) и неогеотехнических (Gb, Gs) воздействий приведены
в табл. 9.2 вместе с расчетными значениями результатов воздей¬
ствий (чистые вертикальные и горизонтальные воздействия на
фундамент) для вычислений предельного состояния по потере
несущей способности грунта. Порядок применения частных
коэффициентов для определения расчетных значений воздей¬
ствий изложен в разделе 9.7. Например, расчетное значение не¬
благоприятного переменного геотехнического воздействия ^ah.q
вычисляется с помощью уравнения
Fd = У¥^(Хк/ум)}
а именно
•Pah.q — -^ah
с частными коэффициентами, приведенными в табл. 9.2, следу¬
ющим образом:
• D А-1, сочетание 1:
Pahq = 0,35 X (1,5 X 10) X 7,70 = 40,43 кН/м;
• DA-1, сочетание 2, и DA-3;
Pah;q = 0,48 х (1,3 х 10) х 8,21 = 51,23 кН/м;
• DA-2:
Pah q = 0,35 X (1,5 X 10) X 7,84 = 41,16 кН/м.
Разные значения высоты-Я (см. рис. 9.3) соответствуют раз¬
ным значениям ширины нижней части b в каждом подходе
274
Глава 9. Подпорные конструкции
к проектированию. Следует отметить, что сила давления грунта
на пассивную сторону стены (Рр) считается благоприятным гео¬
техническим воздействием при расчете потери несущей способ¬
ности и сопротивлением грунта при расчете смещения основа¬
ния (см. раздел 9.3.1).
Таблица 9.2
Пример 9.1 — параметры для проектирования бетонной
цокольной части стены (гравитационной)
DA-1
Сочет. 1
Сочет. 2
DA-2
DA-2*
DA-3
Общ.
коэф.
надеж¬
ности**
Требуемая
ширина ниж¬
ней части
основания
стены, Ь, м
2,47
3,87
2,86
2,17
3,87
2,79
Общая ши¬
рина
основания
стены
В, м
4,12
5,52
4,51
3,82
5,52
4,44
Высота
виртуальной
стены, Н, м
7,70
8,21
7,84
7,59
8,21
7,82
1. Предель¬
ные со¬
стояния
по потере
несущей
способно¬
сти
Характери¬
стическое
значение
веса грунта,
Gs 1 + Gs2,
кН/м
318,61
518,91
372,97
277,54
518,91
363,13
Характери¬
стическое
значение
веса бетона,
Gm + Gb2,
кН/м
165,50
192,38
172,99
159,74
192,38
171,65
Характери¬
стическое
значение
Рahiqi КН/М
26,95
27,44
26,56
27,35
275
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
Продолжение табл. 9.2
DA-1
Сочет. 1
Сочет. 2
DA-2
DA-2*
DA-3
Общ.
коэф.
надеж¬
ности**
Характери¬
стическое
значение
Pah.g. КН/М
207,46
215,18
201,62
213,79
Характери¬
стическое
значение
Paviq, кН/м
9,81
9,99
9,67
9,96
Характери¬
стическое
значение
Pav.g. КН/М
75,51
78,32
73,38
77,81
Характери¬
стическое
значение Pph,
кН/м
35,20
35,20
35,20
35,20
Характери¬
стическое
значение Ppv,
кН/м
12,81
12,81
12,81
12,81
Частный ко¬
эффициент
сопротивле¬
ния грунта
сдвигу
1,0
1,25
1,0
1,0
1,25
1,0
Расчетный
угол сопро¬
тивления
сдвигу, ф С)
Г рунтовая
засыпка
Пассивная
сторона
основания
Ниже
основания
32
32
32
26,6
26,6
26,6
32
32
32
32
32
32
26,6
26,6
26,6
32
32
32
Расчетное
значение
параметра
поверхности
стена-грунт,
6 п
276
Глава 9. Подпорные конструкции
Продолжение табл. 9.2
DA-1
Сочет. 1
Сочет. 2
DA-2
DA-2*
DA-3
Общ.
коэф.
надеж¬
ности**
Грунтовая
засыпка
(равно
уклону по¬
верхности
5 = Р)
20
20
20
20
20
20
Пассивная
сторона ос¬
нования 5Р
20
16,23
20
20
16,23
20
Под ос¬
нованием
(грубая по¬
верхность)
6 = ф
32
26,6
32
32
26,6
32
Расчетное
значение ко¬
эффициента
горизон¬
тального
активного
давления
грунта Kah
0,35
0,48
0,35
0,35
0,48
0,35
Расчетное
значение ко¬
эффициента
горизон¬
тального
статического
давления
грунта KQ
0,631
0,741
0,631
0,631
0,741
0,631
Расчетное
давление
коэффици¬
ента про¬
межуточного
давления
грунта Kh
0,49
0,61
0,49
0,49
0,61
0,49
Расчетное
значение ко¬
эффициента
горизон¬
тального
пассивного
давления
грунта Kph
5,50
3,90
5,50
5,50
3,90
5,50
277
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
Продолжение табл. 9.2
DA-1
Сочет. 1
Сочет. 2
DA-2
DA-2*
DA-3
Общ.
коэф.
надеж¬
ности**
Частный
коэффици¬
ент верти¬
кальных
воздействий
Gs + Gb
Благо¬
приятное
постоян¬
ное для
смещения
основания
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
Благо¬
приятное
постоянное
для потери
несущей
способно¬
сти
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
Частный
коэффици¬
ент геоте¬
хнических
воздействий
^av.q и ^ah’Q-
неблаго¬
приятные
переменные
1,5
1,3
1,5
1,5
1,3
1,0
Частный
коэффици¬
ент геотех¬
нических воз¬
действий Pavg
И Р*л: благо¬
приятные
переменные
1,35
1,0
1,35
1,35
1,0
1,0
Частный
коэффици¬
ент гео¬
технических
воздейст¬
вий, Ppv и Pph
(пассивное
давление —
благоприят¬
ное посто¬
янное
воздействие)
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
278
Глава 9. Подпорные конструкции
Продолжение табл. 9.2
DA-1
Сочет. 1
Сочет. 2
DA-2
DA-2*
DA-3
Общ.
коэф.
надеж¬
ности**
Расчетное
значение
горизонталь¬
ного воз¬
действия, Pah,
кН/м
320,49
374,65
331,66
312,03
374,65
241,14
Расчетное
значение
вертикальной
силы пассив¬
ного давле¬
ния грунта,
Ppv, кН/M
12,81
7,27
12,81
12,81
7,27
12,80
Расчетное
значение
силы гори¬
зонтального
пассивного
давления
грунта, Pph,
кН/м
35,20
24,96
35,20
35,20
24,96
35,20
Расчетное
значение
результирую¬
щего вер¬
тикального
воздействия
Для сме¬
щения
основания,
Gs + Gb + Pav,
кН/м
Для потери
несущей
способности,
Gs + Gb +
Ра v Ppv,
кН/м
600,76
587,95
847,66
840,39
666,68
653,87
520,33
538,04
847,66
840,39
622,55
609,74
Расчетное
значение
результирую¬
щего гори¬
зонтального
воздействия
Для сдвига
основания,
Pah, кН/м
320,49
374,65
331,66
312,03
374,65
241,10
279
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
Окончание табл. 9.2
DA-1
Сочет. 1
Сочет. 2
DA-2
DA-2*
DA-3
Общ.
коэф.
надеж¬
ности**
Для потери
несущей спо¬
собности,
Pah — Pph.
кН/м
285,29
349,69
296,46
276,83
349,69
205,94
**В методе расчета с общим коэффициентом надежности все значения
«номинальные» (характеристические)
Расчетные значения результатов воздействий определяются
исходя из расчетных значений соответствующих воздействий
с помощью следующих уравнений (символ «d» для краткости
расчета):
• Для сдвига основания (чисто горизонтальное воздействие):
Eh = -Pah = (Pa,q + Ра,g >COS (3 - Pah,q + Pah,g.
• Для потери несущей способности (результирующее верти-
кальное воздействие):
Ev = Gh + Gs + Pav — Ppv.
В заключение следует отметить, что определенная ширина b
нижней части стены в DA-1 и DA-3 больше минимального зна¬
чения, а в DA-2 ненамного меньше минимального значения,
ьтт = htg(45 + <pu’/2) = 3,32 м,
которое допускает развитие сопряженной поверхности разру¬
шения кулоновского типа (наклоненной под 45° + <pV2 к гори¬
зонтали) в пределах массива грунта над нижней частью. Таким
образом, эта вычисленная ширина признает действительным
допущение об активном давлении грунта, действующем на
«виртуальную тыльную сторону» стены.
Следует отметить, что в этом примере вес стены и грунта
(Gb + Gs) для расчета потери несущей способности представлен
благоприятным воздействием, потому что его благоприятное
воздействие на уменьшение эксцентриситета нагрузки на фун¬
дамент (благоприятное воздействие) важнее (принимая во вни¬
мание несущую способность) его неблагоприятного воздействия
на увеличение вертикальной нагрузки. Для стен различной кон¬
струкции указанные воздействия могут быть обратными. Таким
образом, рекомендуется выполнять оба расчета: один — с частны¬
ми коэффициентами веса стены и грунта для «благоприятных»
воздействий, а другой — для «неблагоприятных» воздействий.
280
Глава 9. Подпорные конструкции
Расчетные значения сопротивлений, требуемые для расче¬
тов смещения основания стены по условиям предельного со¬
стояния и потери несущей способности (предельные состояния
по потере несущей способности), приведены в табл. 9.3. Гори¬
зонтальное сопротивление смещению основания определяется
с помощью уравнения
= Pph + (Gb + Gs +Pav - Pp)tg 5’.
Таблица 9.3
Пример 9.1 — результаты расчета по предельному
состоянию по разрушению грунта для бетонной
(гравитационной) стены
DA-1
Сочет. 1
Сочет. 2
DA-2
DA-2*
DA-3
Общ.
коэф.
надеж¬
ности**
Ширина нижней
части основания
стены, Ь, м
2,47
3,87
2,86
2,17
3,87
2,79
Общая ширина
основания стены,
В, м
4,12
5,52
4,51
3,82
5,52
4,44
А. Расчет со¬
противления
смещению
(предельное
состояние по
потере несущей
способности)
Знаковое число
сопротивления
горизонтальному
смещению Rh k,
кН/м
352,3
416,2
Частный коэффи¬
циент сопротив¬
ления смещению
(исходя из Pv tg 6)
1,0
1,0
1,1
1,1
1,0
1,0
Частный коэф¬
фициент сопро¬
тивления грунта
(исходя из Pph)
1,0
1,0
1,4
1,4
1,0
1,0
Расчетное значе¬
ние сопротивле¬
ния горизонталь¬
ному смещению
Ям, кН/м
402,6
445,1
396,6
313,4
445,1
416,2
281
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
Продолжение табл. 9.3
DA-1
Сочет. 1
Сочет. 2
DA-2
DA-2*
DA-3
Общ.
коэф.
надеж¬
ности**
Расчетное
значение чисто¬
го результата
горизонтального
воздействия Eh d,
кН/м
320,5
374,6
331,7
312,0
374,6
241,1
Коэффициент
расчета с из¬
лишним запасом
прочности для
подходов к про¬
ектированию
или для общего
коэффициента
надежности,
^h.d/^h.d
1,26
1,19
1,20
1,00
1,19
1,73
Минимальное
требуемое
значение
Ям /ЕЬб для
обеспечения
устойчивости
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,5
Результат про¬
ектирования:
CR — критиче¬
ский; NCR —
некритический
NCR
NCR
NCR
CR
NCR
NCR
В. Расчет по¬
тери несущей
способности
(предельное
состояние по
потере несущей
способности
грунта)
Расчетное значе¬
ние опрокидыва¬
ющего момента
относительно
О, Мбо (кН м/м)
(положительный,
если против часо¬
вой стрелки,
см. рис. 9.3)
-840,8
-1986,1
-1125,3
-755,0
1986,1
1177,3
282
Глава 9. Подпорные конструкции
Продолжение табл. 9.3
DA-1
Сочет. 1
Сочет. 2
DA-2
DA-2*
DA-3
Общ.
коэф.
надеж¬
ности**
Расчетное
значение обще¬
го результата
вертикального
воздействия, Evd,
кН/м
587,9
840,4
653,9
538,0
840,4
609,7
Расчетное
значение обще¬
го результата
горизонтального
воздействия, Ehd,
кН/м
285,3
349,7
296,5
193,0
349,7
205,9
Расчетное значе¬
ние опрокидыва¬
ющего момента
относительно
центра основания
стены, Md, кНм/м
(положительный,
если против часо¬
вой стрелки,
см. рис. 9.3)
370,4
333,4
349,2
214,3
333,4
176,3
Расчетный экс¬
центриситет Ev,
относительно
центра основа¬
ния, ев, м
(положительный,
если воздействие
направлено спра¬
ва от центра, см.
рис. 9.3)
-0,63
-0,40
-0,53
-0,42
-0,40
-0,29
Эффективная ши¬
рина фундамента:
В'= В — 2 х
х abs(eB), м
2,86
4,73
3,44
2,98
4,73
3,86
Частный коэффи¬
циент давления
заглубления
(р): благопри¬
ятное постоянное
воздействие
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
Расчетное зна¬
чение давления
заглубления,
р = уhuкПа
16,00
16,00
16,00
16,00
16,00
16,00
283
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
Продолжение табл. 9.3
DA-1
Сочет. 1
Сочет. 2
DA-2
DA-2*
DA-3
Общ.
коэф.
надеж¬
ности**
Коэффициен¬
ты несущей
способности
23,18
12,59
23,18
23,18
12,59
23,18
N
27,72
11,59
27,72
27,72
11,59
27,72
'q
0,265
0,341
0,299
0,384
0,341
0,439
'у
0,136
0,199
0,163
0,238
0,199
0,290
Характеристи¬
ческое значение
несущей способ¬
ности Evk, кН/м
1007,8
1828,5
Частный коэффи¬
циент несущей
способности yR
1,0
1,0
1,4
1,4
1,0
1,0
Расчетное зна¬
чение несущей
способности Rvd,
кН/м
590,3
839,8
655,4
719,9
839,8
1828,5
Расчетное зна¬
чение общего
вертикального
воздействия, Evd,
кН/м
588,0
840,0
653,9
538,0
840,0
609,7
Коэффициент
расчета с из¬
лишним запасом
прочности для
подходов
к проектированию
или для общего
коэффициента
надежности Evd
/Е*. 6
1,00
1,00
1,00
1,34
1,00
3,00
Минимальное
требуемое
значение
RVtd/ Evd для
обеспечения
устойчивости
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
3,00
284
Глава 9. Подпорные конструкции
Окончание табл. 9.3
DA-1
Сочет. 1
Сочет. 2
DA-2
DA-2*
DA-3
Общ.
коэф.
надеж¬
ности**
Результат про¬
ектирования:
CR — критиче¬
ский;
NCR — некрити¬
ческий
NCR
CR
CR
NCR
CR
CR
**В методе расчета с общим коэффициентом надежности все значения
«номинальные» (характеристические)
Вертикальная составляющая несущей способности Rw опре¬
деляется с помощью процедуры (см. Приложение D), рекомен¬
дованной для расчетов поверхностных фундаментов. Как пра¬
вило, расчетные значения несущей способности определяются
с помощью указанного ниже уравнения
Rd = R[yFF(Xk/yM)]/yR
следующим образом (см. ниже):
1. Подход к проектированию D А-1, сочетание 1: с помощью рас¬
четных значений воздействий и расчетных значений параме¬
тров грунта (ф\ 5’), равных характеристическим значениям
(поскольку ум = 1) и yR = 1.
2. Подход к проектированию DA-1, сочетание 2: с помощью рас¬
четных значений параметров грунта и воздействий, и yR = 1.
3. Подход к проектированию DA-2: с помощью расчетных зна¬
чений параметров грунта (ф\ 5’), равных характеристическим
значениям (поскольку ум = 1), и расчетных значений воздей¬
ствий, а также соответствующих частных коэффициентов
сопротивлений(ук= 1,1 и 1,4 для смещения и yR= 1,4 для несу¬
щей способности). Кроме того, выполняется альтернативный
расчет (DA-2*), который аналогичен расчету DA-2, но в нем
применяются характеристические (но не расчетные) значе¬
ния воздействий для определения расчетных сопротивлений.
Ни один европейский подход к проектированию не нужда¬
ется в характеристических значениях сопротивления (кроме
DA-2*). Это значение рассчитывается только методом обще¬
го коэффициента надежности. Например, расчетное значение
горизонтального сопротивления основания смещению (i?h,d)
определяется следующим образом:
285
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
• DA-1, сочетание 1:
Rhd = 35,20/1,0 + [(484,11 + 116,65 - 12,81)tg 32]/1,0 =
= 402,6 кН/м.
• DA-1, сочетание 2, и DA-3:
= 24,96/1,0 + [(711,3 + 136,36 - 7,27)tg 26,6]/1,0 =
= 445,1 кН/м.
• DA-2:
Rhi = 35,20/1,4 + [(545,96 + 120,71 - 12,8)tg 32]/1,1 =
= 396,6 кН/м.
• В DA-2* используется значение ширины нижней части сте¬
ны, которая рассматривается в DA-2 как критическая (b =
2,86 м), для сравнения:
^h,d = ^Ph,d + [(Gb + Gs +Pav - Ppv )tg 8’]d
~*^h>d = Pph,к /Ук,е + [(Gh,k + Gs k +PaV)k — PpV(k )tg 8\ ]/yR)h
->Phd= 35,20/1,4 + [(172,99 + 372,97 + 88,31 - 12,81)tg32]/l,l =
= 378,2 kH/m.
Соответствующий результат воздействия представляет со¬
бой:
-^d — -^ah.d — -^agh.d -^aqh.d — Yg -^agh.d Yq, -^aqh.d
-> Ed = 1,35 x 215,18 + 1,5 x 27,44 = 331,66.
Стена считается более чем надежной в отношении смещения
основания, поскольку
Ed = 331,66 < 378,2 = Phd.
Коэффициент расчета с излишним запасом прочности опре¬
деляется следующим образом:
Kd /Ed = 378,2/331,66 = 1,14 > 1.
Метод расчета с помощью общего коэффициента надежно¬
сти:
Ph)d = 35,20 + (534,78 + 87,77 - 12,8) tg 32 = 416,2 кН/м.
Следует иметь в виду, что результаты расчетов с помощью
DA-2 и DA-2* слегка отличаются по значению Phd (396,6
и 378,2 кН/м соответственно), если применяется одно и то же
значение ширины нижней части стены Ъ. Разница объясняется
неблагоприятным воздействием Pav, которое увязывается ко¬
эффициентом yF > 1 в DA-2 (Pav = 120,71 кН/м), и коэффици¬
ентом yF = 1 в DA-2* (Pav = 88,31 кН/м). Значения всех воздей¬
ствий, рассматриваемых в расчете сопротивления смещению,
считаются благоприятными постоянными воздействиями, по¬
286
Глава 9. Подпорные конструкции
этому они увязываются коэффициентом yF = 1 в обоих вари¬
антах DA-2.
Значения в табл. 9.3 с обозначением CR (критический)
или NCR (некритический) указывают на расчет, являю¬
щийся критическим в определении ширины основания сте¬
ны. В данном примере показано, что потеря несущей спо¬
собности считается критическим фактором согласно всем
подходам к проектированию. В DA-1 ширина основания
стены обуславливается сочетанием 2.
Сравнение DA-2 с альтернативным подходом DA-2*
(3,82 м) показывает, что DA-2* представляет собой менее
консервативный подход, поскольку требуемая ширина
фундамента, согласно DA-2* (3,82 м), меньше ширины, об¬
условленной DA-2 (4,51 м). Фактически DA-2* наименее
консервативно из всех подходов к проектированию, вклю¬
чая метод общего коэффициента надежности с минималь¬
ными общими коэффициентами 1,5 (смещение) и 3,0 (по¬
теря несущей способности).
Расчетные коэффициенты момента изгиба и сила сме¬
щения в нижней части стены для критически предельных
состояний по разрушению конструкции представлены
в табл. 9.4 вместе с коэффициентами давления грунта, част¬
ными коэффициентами воздействий и силами давления
грунта, используемыми в расчетах. Эти расчеты выполня¬
ются по двум альтернативным величинам давления грунта:
активное значение и давление грунта между К0 и активным
значением; цель расчета — показать влияние относительной
гибкости стены по отношению к удерживаемому грунту, т.е.
наступление критически предельного состояния по разру¬
шению конструкции до или одновременно с наступлением
критически предельного состояния удерживаемого грунта
(см. пояснение по промежуточным давлениям грунта для
проектных расчетов по условиям критически предельного
состояния, раздел 9.5).
Изгибающие моменты и силы смещения представляют
собой результаты воздействий, поэтому их расчетные зна¬
чения определяют, используя расчетные значения соответ¬
ствующих воздействий (давление грунта в случае результа¬
та воздействия, направленного на нижнюю цокольную часть
стены), а именно с помощью уравнения Ed = E(Fd). В DA-1
используется критическая ширина основания стены (полу¬
ченная из сочетаний 2).
287
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
Таблица 9.4
Пример 9.1 — результаты расчета бетонной нижней
части стены (гравитационной)
DA-1
Сочет. 1
Сочет. 2
DA-2
DA-2*
DA-3
Общ.
коэф.
надеж¬
ности**
Ширина
нижней ча¬
сти основа¬
ния стены,
Ь, м
3,87
3,87
2,86
2,17
3,87
2,79
Общая
ширина
фундамен¬
та, В, м
5,52
5,52
4,51
3,82
5,52
4,44
II. КРИ¬
ТИЧЕСКИ
ПРЕДЕЛЬ¬
НОЕ СО¬
СТОЯНИЕ
ПО РАЗ¬
РУШЕНИЮ
КОНСТРУК¬
ЦИИ.
Расчет
конструк¬
ции стены
(нижняя
часть
цоколя)
а) расчет с
помощью
предельно¬
го активно¬
го давления
грунта
Харак¬
теристи¬
ческое
значение
коэффи¬
циента Kah
Расчетное
значение
коэффи¬
циента Kah
Частный
коэф¬
фициент
воздейст-
ВИЯ pahi„
0,35
0,35
1,5
0,48
1,3
0,35
0,35
1,5
0,35
0,35
1,5
0,48
1,3
0,35
0,35
1,0
288
Глава 9. Подпорные конструкции
Продолжение табл. 9.4
DA-1
Сочет. 1
Сочет. 2
DA-2
DA-2*
DA-3
Общ.
коэф.
надеж¬
ности**
Частный
1,35
1,0
1,35
1,35
1,0
1,0
коэффи¬
циент воз¬
действия
^ah.g
Расчетное
31,5
37,4
31,5
31,5
37,4
21,0
значение
Pah.q, КН/М
Расчетное
значение
Рah,gi КН/М
Расчетное
434,7
457,9
434,7
434,7
457,9
315,0
значение
момента
изгиба,
Md, кН м/м
Расчетное
201,6
210,2
201,6
201,6
210,2
147,0
значение
силы сме¬
щения, Vd,
кН/м
б) расчете
помощью
промежу¬
точного
давления
грунта:
К = 0,5(Ка +
+ Ко)
Харак¬
0,49
—
0,49
0,49
—
0,49
теристи¬
ческое
значение
коэффи¬
циента Kh
Расчетное
0,49
0,61
0,49
0,49
0,61
0,49
значение
коэффи¬
циента Kh
Частный
1,5
1,3
1,5
1,5
1,3
1,0
коэффи¬
циент воз¬
действия
^h,q
289
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
Окончание табл. 9.4
DA-1
Сочет. 1
Сочет. 2
DA-2
DA-2*
DA-3
Общ.
коэф.
надеж¬
ности**
Частный
коэффи¬
циент воз¬
действия
^h, q
1,35
1,0
1,35
1,35
1,0
1,0
Расчетное
значение
Рм, кН/м
44,1
47,7
44,1
44,1
47,7
29,4
Расчетное
значение
Ph g, кН/м
238,3
220,0
238,3
238,3
220,0
176,6
Расчетное
значение
момента
изгиба,
MdI кН м/м
609,1
582,9
609,1
609,1
582,9
441,4
Расчетное
значение
силы сме¬
щения, Vd,
кН/м
282,4
267,6
282,4
282,4
267,6
206,0
**В методе расчета с общим коэффициентом надежности все значения
«номинальные» (характеристические)
Значения моментов изгиба и сил смещения, указанные в под¬
ходах к проектированию, увязаны коэффициентами, в то время
как значения, используемые в методе общего коэффициента
надежности, коэффициентами не увязаны. Соответственно,
результаты расчета по этому методу не могут быть сопостави¬
мы с результатами расчетов, полученных с помощью методов
Еврокода 7. В частности, результаты расчетов по Еврокоду 7
представлены в виде расчетных значений результатов воздей¬
ствий по условиям критически предельного состояния, которые
применяются непосредственно в расчетах конструкций бетон¬
ных секций (согласно Еврокоду 2). Значения моментов изгиба,
определенных согласно методу общего коэффициента надеж¬
ности, могут использоваться в проектировании конструкций
бетонных секций (согласно Еврокоду 2) после применения к
ним соответствующих частных коэффициентов воздействий.
Например, значение изгибающего момента можно умножить на
коэффициент 1,4 в качестве приблизительно эквивалентного
290
Глава 9. Подпорные конструкции
значения частного коэффициента, соответствующего частным
коэффициентам Еврокода, равным 1,35 и 1,5, используемым
для постоянных и переменных воздействий соответственно,
при расчетах конструкций по условиям предельных состояний
потери несущей способности конструкции.
Исходя из результатов приведенного выше расчета, можно
сделать следующие выводы:
1. Предельные состояния по потере несущей способности грун¬
та: расчеты по DA-1 и DA-3 дают идентичные результаты по¬
скольку:
а) в DA-1 сочетание 2 является определяющим для расчета;
в этом сочетании применяются такие же частные коэффи¬
циенты прочности материала, что и в DA-3;
б) все воздействия в этой системе носят геотехнический ха¬
рактер (воздействия конструкции отсутствуют); у геотех¬
нических воздействий те же частные коэффициенты, что
и в DA-1, сочетание 2, и DA-3.
2. Предельные состояния по потере несущей способности грун¬
та: расчеты по DA-2 и DA-2* менее консервативны, чем рас¬
четы по DA-1 и DA-3, поскольку требуемая ширина основания
стены (В = 4,51 м в DA-2 и В = 3,82 м в DA-2*) на 18...31 %
меньше величины, требуемой DA-1 и DA-3 (В = 5,52 м).
3. Расчет конструкции нижней части (предельные состояния
по потере несущей способности конструкции): DA-2 и DA-2*
примерно на 5 % менее консервативны (Md = 434,7 кН м/м) по
сравнению с DA-1 и DA-3 (что дает сходные результаты:
Md = 457,9 кН м/м).
4. Для предельных состояний по потере несущей способности
конструкции расчетные значения результатов воздействий
(момент изгиба и сила смещения) на нижнюю цокольную
часть стены в значительной мере зависят от предполагаемой
величины давления грунта. Например, в DA-1 и DA-3 резуль¬
таты воздействий, определенные с помощью предполагаемого
промежуточного давления грунта, на 72 % больше результа¬
тов, вычисленных с помощью значений активного давления
грунта (582,9 против 457,9 кН м/м). Такой результат показы¬
вает, что важно убедиться в том, что в расчете конструкции
стены допускалось бы некоторое поперечное движение.
5. В DA-1 комплект частных коэффициентов сочетания 2 яв¬
ляется определяющим при геотехническом проектировании
(предельное состояние по потере несущей способности грун¬
та). При проектировании конструкции (предельное состоя¬
291
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
ние по потере несущей способности конструкции) нижней
части сочетание 2 представляется критическим, если в рас¬
чете применяются активные давления грунта; в то же время
сочетание 1 является определяющим, если применяются дав¬
ления грунта.
6. Метод расчета с применением общего коэффициента надеж¬
ности наименее консервативен в отношении требуемой шири¬
ны основания стены (В = 4,44 м по сравнению с В = 5,52 м в
DA-1 и DA-3 соответственно и В = 4,51 м в DA-2), кроме DA-2*
(где В = 3,82 м). Объяснение, возможно, заключается в том, что
метод расчета с применением общего коэффициента не прини¬
мает в расчет недостоверность активной силы, действующей
на виртуальную тыльную сторону стены. Здравый смысл в
этом случае теряется.
7. При конструировании цокольной части стены метод расчета
с применением общего коэффициента дает приблизительно
одинаковый результат с результатами подходов к проекти¬
рованию, поскольку, применяя мультипликативный множи¬
тель 1,4 (как отмечено выше), сопоставимый «расчетный»
момент изгиба общепринятого метода будет равен 315,0 х
х 1,4 = 441,0 кН м/м, т.е. примерно такой же, что и расчетные
значения всех подходов к проектированию, принятых Евро¬
кодами (457,9 - 434,7 кН м/м).
Следует подчеркнуть, что выводы, сделанные выше, приме¬
нимы только к данному примеру. Для других примеров, предус¬
матривающих различные геометрические размеры и параметры
грунта, соответствующие выводы могут отличаться.
Пример 9.2: расчет тонкостенной шпунтовой стены
по условиям критически предельного и предельного
эксплуатационного состояния
В этом примере рассматривается расчет тонкостенной шпун¬
товой стены по условиям критически предельного и предель¬
ного эксплуатационного состояния. Глубина котлована для
стены, показанной на рис. 9.5, составляет 5,0 м; котлован
углублен дополнительно с учетом непредвиденной выемки
(см. раздел 9.3.2) т.е. добавлено 10 % х 4,0 м = 0,40 м; рас¬
четная глубина составляет Я = 5,40 м. Стена закреплена од¬
ним рядом анкерных креплений на отметке -1,0 м (наклон
анкеров р = 10°). Для котлованов, вырытых в плотной глине,
условия дренирования имеют большое значение для обеспе¬
чений устойчивости конструкции; следовательно, необходи¬
292
Глава 9. Подпорные конструкции
мо выполнить анализы действующих напряжений с учетом
параметров напряжений, действующих на грунт, и устано¬
вившиеся гидравлические условия.
gk = ЮкПа
Геологический разрез включает два слоя (поверхность раз¬
дела между слоями пролегает на отметке -4,0 м); слои имеют
следующие параметры, используемые для расчета критически
предельного состояния (все значения являются характеристи¬
ческими):
• Слой А (гравелистый песок от средней плотности до плот¬
ного):
— удельный вес над уровнем грунтовых вод:
ук = 18 кН/м3;
— удельный вес при водонасыщении ниже уровня грунто¬
вых вод: ysk = 20 кН/м3;
— угол внутреннего трения: ф’к = 35°;
— максимальное значение параметра поверхности раз¬
дела стена-грунт, используемого на активной стороне
(п.95.1(6)):
8k=|q/k=23\
• Слой В (плотная глина):
— удельный вес при водонасыщении ниже уровня грунтовых
В°Д: Ysk = 20 кН/м3;
293
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
— угол внутреннего трения: ср’к = 24°;
— коэффициент сцепления: ск = 5 кПа;
— максимальное значение параметра поверхности разде¬
ла стена-грунт (ориентировочные значения длительных
условий; другие значения тоже могут использоваться,
см. п. 9.5.1 (8):
2
активная сторона: 5ак = — ср'к = 16°;
1
пассивная сторона: 5рк = -ср'к =12°.
Считается, что уровень подземных вод в песчаном слое на¬
ходится на отметке -1,0 м, причем уровень грунта за стеной
располагается на отметке 0,0 м. В результате земляных ра¬
бот уровень подземных вод в котловане снизился до отметки
-5,4 м.
Считается, что гравелистый песок (слой А) сохраняет гидро¬
статическое состояние, в то время как разность гидростати¬
ческого напора (равная 4,4 м) развивается в слое плотной
глины; линейная потеря напора начинается с отметки -4,0 м
(сзади стены), проходя вокруг нижней части стены и вы¬
ходит на отметке -5,4 м перед стеной (общая длина потока:
21 + 1,4 м, где L — заглубление стены ниже уровня котлована).
Этот метод расчета предусматривает уравновешенность дав¬
ления воды у основания стены (с обеих сторон), как и пред¬
полагалось. Таким образом, давление воды на активной сто¬
роне стены ниже гидростатического давления (для горизон¬
та грунтовых вод на отметке -1,0 м), а на пассивной стороне
стены давление воды выше гидростатического давления (для
горизонта грунтовых вод на отметке -5,4 м). Вертикальные
активные напряжения (р\) на обеих сторонах стены опреде¬
ляются с помощью указанных давлений воды (и) и уравнения
о\ =оу — и, где ov = уz — общее вертикальное напряжение (гео-
статическое) (z вычислено из параметров поверхности грун¬
та за стеной и из параметров грунта на дне котлована перед
стеной). Гидравлическое разрушение дна котлована, вызыва¬
емое вспучиванием грунта, проверяется согласно правилам
раздела 10.
Другие входные величины приведены ниже:
• Удельный вес воды: ук = 10 кН/m3 .
• Дополнительная нагрузка на поверхность грунта (перемен¬
ное воздействие): qk = 10 кПа.
294
Глава 9. Подпорные конструкции
• Стальная шпунтовая свая (многоугольное сечение 3N):
Wei = 1688 см3/м, Wp|« 1900 см3/м, сталь марки S355 GP, пре¬
дел текучести 355 МПа.
Расчетное значение предельного момента сопротивления
(Mud) стальной шпунтовой сваи (многоугольное сечение 3N)
определяется согласно EN 1993-5:
Mu,d= WpL/y/l,l = 613KH м/м.
Значение частного коэффициента прочности по стали (1,1)
берется из EN 1993-5, а может быть установлено национальным
стандартом.
Кроме классической модели предельного равновесия,
ниже используется пружинная модель для расчета критиче¬
ски предельного состояния с подходами к проектированию
DA-1, сочетание 1, и DA-2, а также для расчета предельного
состояния по эксплуатационной пригодности. Пружинные
модели можно применять в расчетах с DA-1, сочетание 2,
и DA-3, соблюдая рекомендации, изложенные в разделе 9.7.
В расчетах, выполняемых с помощью модели упругой деформа¬
ции, применяются характеристические значения всех параме¬
тров жесткости (грунта, анкеровки и стены). Для этой модели
требуются параметры жесткости грунта, параметры жесткости
стены при изгибе (EI), а также значение осевой жесткости анке¬
ровки и силы преднапряжения. Грунт моделируется с помощью
идеальной упругопластической пружины, переходящей в состо¬
яние текучести при предельных активных и пассивных давле¬
ниях грунта. Считается, что характеристическое значение жест¬
кости пружины перед переходом в состояние текучести (гори¬
зонтальный модуль основания) равен k = 10 ООО кН/м3 для песка
и k = 6000 кН/м3 для глинистого слоя. Характеристическое зна¬
чение коэффициента статического давления грунта Ко к = 0,50
для песка и Ко к = 0,95 для глинистого слоя. Характеристическая
осевая жесткость анкерного крепления перед переходом в со¬
стояние текучести К=EA/L рассчитывается по свободной длине
анкеровки (1=11 м), поперечному сечению (А = 1 см2/м) и мо¬
дулю упругости Юнга для стали(£ =210 ГПа). Значение силы
преднапряжения анкерного крепления (усилие преднапряже¬
ния в зоне анкеровки) Р0 = 100 кН/м было получено методом
подбора. Жесткость при изгибе шпунтовой стены перед пере¬
ходом в состояние текучести составляет EI = 5 х 104 кН м2/м.
В табл. 9.5 (для модели предельного равновесия) приведе¬
ны расчетные значения параметров грунта и соответствующие
вычисленные коэффициенты горизонтального давления грун¬
295
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
та для предельных активных (iCah) и пассивных (Kph) состоя¬
ний. Расчетные значения iCah и Kph взяты из рис. С.1.1 и С.2.1.
Таблица 9.5
Пример 9.2 — модель предельного равновесия
DA-1
DA-2
DA-3
Общ.
Сочет. 1
Сочет. 2
коэф.
на-
дежн.*
Частный коэффи¬
циент прочности
грунта, ум
1,0
1,25
1,0
1,25
1,0
Расчетное значение
угла внутреннего
трения, ф’(°)
Слой А
35
29,3
35
29,3
35
Слой В
24
19,6
24
19,6
24
Расчетное значение
коэффициента сце¬
пления, с’, кПа
Слой В
5
4
5
4
5
Макс. расчетное
значение параметра
поверхности раздела
стена-грунт,
6 = |ФГ)
Слой А — активная
сторона
Слой В — активная
сторона
Слой В — пассив¬
ная сторона
23
16
12
19,6
13,1
9,8
3
16
12
219,6
13,1
9,8
23
16
12
Расчетное значе¬
ние коэффициента
горизонтального
активного давления
грунта, КаЬ
Слой А
0,23
0,30
0,23
0,30
0,23
Слой В
0,37
0,45
0,37
0,45
0,37
Расчетное значе¬
ние коэффициента
горизонтального
пассивного давления
грунта, Kph
Слой В
3,20
2,50
3,20
2,50
3,20
296
Глава 9. Подпорные конструкции
Окончание табл. 9.5
DA-1
DA-2
DA-3
Общ.
Сочет. 1
Сочет. 2
коэф.
на-
дежн.*
Частные коэффици¬
енты воздействий, yF
Неблагоприятные
постоянные
1,35
1,0
1,35
1,0
1,0
Неблагоприятные
переменные
1,5
1,3
1,5
1,3
1,0
Благоприятные
постоянные
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
Частный коэффици¬
ент сопротивления
грунта на пассивной
стороне, yR
1,0
1,0
1,4
1,0
1,0
*В методе расчета с общим коэффициентом надежности все значения
«номинальные» (характеристические)
Расчет стены по условиям критически (первого)
предельного состояния
Цель расчета тонкостенной стены по условиям критически пре¬
дельного состояния заключается в следующем:
1. Определение минимальной глубины заглубления, устанав¬
ливаемой при допущении опирания стены на свободный
грунт, т.е. считается, что стена перемещается в достаточной
степени, чтобы обеспечить мобилизацию предельных актив¬
ных и пассивных давлений грунта на удерживаемой и на про¬
тиводействующей стороне соответственно (модель предель¬
ного равновесия).
2. Определение распределения момента изгиба по стене и ан¬
керной силы. Этот расчет выполняется двумя способами:
а) используя известное распределение давления грунта
по стене, а именно предельные давления грунта (т.е. с по¬
мощью модели предельного равновесия без перераспреде¬
ления давления грунта);
б) используя пружинную, т.е. балочную модель стены, опи¬
раемую на грунтовые пружины соответствующей жест¬
кости. Эта модель предусматривает рассмотрение взаи¬
модействия стена-грунт и перераспределение давления
грунта. Подробная информация по применению пружин¬
ных моделей приведена в разделе 9.7.
297
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
В модель предельного равновесия вводятся следующие гори¬
зонтальные воздействия:
1. Горизонтальная составляющая активного давления грунта
на удерживаемой стороне:
Р ah — Р ah,g Р ah,q
на глубине 2 от поверхности грунта, где
является неблагоприятным переменным геотехническим
воздействием.
2. Чистое давление воды (давление на удерживаемой стороне
минус давление на противодействующей стороне), представ¬
ленное неблагоприятным постоянным геотехническим воз¬
действием.
Чистое давление воды считается нулевым у основания стены,
поскольку в этой точке давления воды уравновешены по обеим
сторонам. Таким образом, характеристическое значение чисто¬
го давления воды повышается линейно с нуля на отметке -1,0 м
до 30 кПа на отметке -4,0 м и достигает максимального значения
на отметке -4,4 м (в зависимости от заглубления в грунт), по¬
сле чего уменьшается до нуля у основания стены (см. табл. 9.6).
Указанным горизонтальным воздействиям противодействуют
горизонтальная составляющая анкерной силы и горизонтальная
составляющая предельного пассивного давления грунта на удер¬
живаемой стороне. Предельное пассивное давление грунта на глу¬
бине г' ниже основания котлована рассчитывается по формуле
где a'v — соответствующее вертикальное эффективное напря¬
жение. Предельное пассивное давление грунта рассматривается
в виде сопротивления (см. раздел 9.3.1).
Расчетные давления воздействия определяются по методу
расчета, приведенному в разделе 9.7. Например, расчетное зна¬
чение неблагоприятного переменного геотехнического воздей¬
ствия p'ahq в слое А определяется с помощью уравнения
т.е.
Р ah,q — Yf -^ahq
и с помощью частных коэффициентов из табл. 9.5:
• DA-1, сочетание 1, шаг 1, и DA-2:
P'ah.q = х 0,23 х 10 = 3,45 кПа.
P'ah,g= Kah®'v + 2С'7К^
^=УрДХк/Ум),
298
Глава 9. Подпорные конструкции
• DA-1, сочетание 2, и DA-3:
P ah.q = х 0,30 х 10 = 3,90 кПа.
Расчетное значение предельного пассивного давления грунта
(сопротивление) определяется с помощью уравнения
= ^[Yf F(X\l /Ym)]Yr,
т.е.
Pph=[^ph(rF°v' + 2c'7^h]/YR.
с частными коэффициентами, взятыми из табл. 9.5. Например,
на глубине г’ = 3м ниже дна котлована, где характеристическое
вертикальное эффективное напряжение av’ = 30 кПа, предпо¬
лагая наличие гидростатических поровых давлений, расчетное
значение пассивного давления грунта составляет:
• DA-1, сочетание 1, шаг 1:
р'рЬ = [3,2 х (1,0 х 30) + 2 х 5 х -у/(3^}] /1,0 = 113,9 кПа.
. DA-2:
Р'рЬ = [3,2 х (1,0 х 30) + 2 х 5 х ^(3,2)] /1,4 = 81,3 кПа.
• DA-1, сочетание 2, и DA-3:
р'ph = [2,5 х (1,0 х 30) + 2 х 5 х ^/(2,5)] /1,4 = 87,6 кПа.
В действительности, в результате потока воды, направлен¬
ного вверх, значение фактического вертикального эффектив¬
ного напряжения av\ в некоторой степени ниже значений, по¬
лученных выше, полагая наличие гидростатических давлений
воды. Следует иметь в виду, что вертикальное эффективное на¬
пряжение на конкретной глубине изменяется, исходя из расче¬
тов по каждому подходу к проектированию, поскольку заглу¬
бление стен разное. Соответствующее значение вертикального
эффективного напряжения было применено в примере с реше¬
ниями (см. табл. 9.6). Такое же гидростатическое значение по¬
рового давления было применено в указанном выше примере,
чтобы сравнить три подхода к проектированию.
В модели предельного равновесия требуемое значение заглу¬
бления стены определяется обеспечением уравновешенности
момента изгиба расчетных значений воздействий и сопротив¬
лений вокруг точек установки анкеров (поскольку выбрано ус¬
ловие опирания стены на свободный грунт. Расчетное значение
горизонтальной составляющей анкерной силы Р0ь определяет¬
ся обеспечением уравновешенности расчетных значений гори¬
зонтальных воздействий и сопротивлений.
299
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
Вертикальное равновесие стены окончательно проверяется
коррекцией расчетного значения параметра поверхности раз¬
дела стена-грунт (5а) на активной стороне стены, т.е. путем рас¬
чета коэффициента т так, чтобы:
Рah tg m8a + Fh tg p = P’ph tg 8P,
где Fah и F — результирующие силы горизонтального актив¬
ного и пассивного давления грунта, действующие на стену (все
значения уравнения вводятся с их расчетными значениями).
Отмечено, что параметр поверхности раздела стена-грунт 5р
на пассивной стороне не скорректирован, поскольку стена про¬
являет тенденцию к перемещению вниз, что приводит к сни¬
жению трения только на активной стороне. Маловероятно, что
рассчитываемое значение т будет больше 1, в таком случае зна¬
чение т устанавливается равным 1, и параметр 5р уменьшается
до момента подтверждения равновесия (поскольку в данном
случае стена перемещается вверх и уменьшает трение на пас¬
сивной стороне).
В табл. 9.6 приведен перечень основных результатов расчета
критически предельного состояния, основанного на подходах
к проектированию и методе расчета с помощью общего коэффи¬
циента надежности, значение которого равно 2,0 для пассивного
давления грунта (т.е. пассивное давление грунта сокращается
на 50 % от его характеристического значения). Расчетные зна¬
чения моментов изгиба и сдвигающих сил, указанные в табли¬
це, были определены по расчетным значениям давлений грунта
и воды и реакций креплений.
Таблица 9.6
Пример 9.2 — расчет критически предельного
состояния с помощью модели предельного равновесия
(кроме шага 2, указанного в DA-1, сочетание 1)
DA-1
DA-2
DA-3
Общ.
Сочетание 1*
Соче¬
тание 2
коэф.
надежн.**
Шаг 1
Шаг 2
Требуемое
заглубление
стены, с/, ниже
максимальной
выемки, м
5,89
6,62
6,62
7,89
6,62
8,27
Требуемая
длина шпунто¬
вой сваи,м
11,29
12,02
12,02
13,29
12,02
13,67
300
Глава 9. Подпорные конструкции
Продолжение табл. 9.6
DA-1
DA-2
DA-3
Общ.
Сочетание 1 *
Соче¬
тание 2
коэф.
надежн.**
Шаг 1
Шаг 2
Характеристи¬
ческое значе¬
ние давления
поровой воды,
кПа
Отмет¬
0
0
0
0
0
0
ка -1,0 м
(активная
сторона)
и -5,40 м
(пассивная
сторона)
Отмет¬
30
30
30
30
30
30
ка -4,0 м
(активная
сторона)
Отметка -5,4
39,3
39,3
39,8
40,4
39,8
40,6
(активная
сторона)
Основание
78,6
78,6
86,1
99,1
86,1
103,0
стены (обе
стороны)
Характери¬
стическое зна¬
чение чистого
давления
воды,кПа
От отметки
0
0
0
0
0
0
0,0 до -1,0 м
Отметка
30
30
30
30
30
30
-4,0 м
Отметка
39,3
39,3
39,8
40,4
39,8
40,6
-5,4 м
Основание
0
0
0
0
0
0
стены
Расчетное
662,4
638,9
858,6
638,9
660,3
значение
общего гори¬
зонтального
давления на
активной
стороне,
Р'ah + Pw кН/м
301
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
Продолжение табл. 9.6
DA-1
DA-2
DA-3
Общ.
коэф.
надежн.**
Сочетание 1 *
Соче¬
тание 2
Шаг 1
Шаг 2
Расчетное
значение
общего гори¬
зонтального
сопротивле¬
ния на пассив¬
ной стороне
P’Dh, кН/м
475,1
466,9
630,1
466,9
486,9
Расчетное
значение го¬
ризонтальной
составляющей
анкерной
силы, P0h,
кН/м
167,0
172,0
228,5
172,0
173,4
Расчетное
значение ан¬
керной силы,
Р0 = Рои /cos Ь,
кН/м
169,6
174,6
232,1
174,6
176,1
Расчетное
значение
моментов
опрокидыва¬
ния (и проти¬
водействия)
относительно
уровня анке¬
ровки, кН м/м
4021,1
5951,9
4021,1
4722,8
Расчетное
значение
общего
вертикально¬
го давления
на активной
стороне Pav\
кН/м
42,3
83,2
42,3
65,2
Расчетное
значение
общего верти¬
кального со¬
противления
на пассивной
стороне P’pv,
кН/м
72,3
123,2
72,3
95,6
302
Глава 9. Подпорные конструкции
Окончание табл. 9.6
DA-1
DA-2
DA-3
Общ.
Сочетание 1*
Соче¬
тание 2
коэф.
надежн.**
Шаг 1
Шаг 2
Максимальный
момент изгиба
стены
Расчетное
значение,
Mmax,d. кН м/м
Высотная
отметка, м
347,0
-5,40
446,7
-5,40
649,5
-5,40
446,7
-5,40
706,4
-6,04
Максимальное
сопротив¬
ление стены
сдвигу
Расчетное
значение, Sd,
кН/м
Высотная
отметка, м
159,1
-1,00
215,7
-1,00
159,1
-1,00
164,2
-1,00
*Два шага расчетов по DA-1, сочетание 1: в первую очередь, определение
минимального заглубления (заделки) стены, а затем выполняется отдель¬
ный расчет (с помощью моделиупругой деформации) для определения
внутренних сил и анкерной силы.
**В методе расчета с общим коэффициентом надежности все значения
«номинальные» (характеристические).
DA-1, сочетание 1 — шаг 2
Поскольку значение заглубления стены, полученное с помощью
сочетания 2, больше значения сочетания 1 (как это обычно и бы¬
вает), то выполняется отдельный расчет (шаг 2) с использовани¬
ем частных коэффициентов сочетания 1 и значения заглубления
стены d = 6,62 м, определенного с помощью частных коэффици¬
ентов сочетания 2, что и показано в табл. 9.6. Поскольку теперь
значение заглубления стены больше значения, необходимого для
полной мобилизации предельных давлений грунта с частными
коэффициентами сочетания 1 (d= 6,62 м > 5,89 м), то для расчета
мобилизованной фракции предельных давлений грунта требует¬
ся модель взаимодействия стена-грунт.
Модель взаимодействия, применяемая в данном примере,
представлена моделью упругой деформации, что изложено
в разделе 9.7. В результате её использования получены следу¬
ющие результаты:
303
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
• Расчетное значение горизонтальной составляющей анкерной
силы
Poh = 1,35 х 123,7 = 167,0 кН/м.
• Расчетное значение максимального момента изгиба стены
при расчете по DA-1, сочетание 1
Mmax,d = 1,35 х 257 = 347 кН м/м < Mu d = 613 кН м/м.
Следует иметь в виду, что если очевидно, что, согласно шагу 1
DA-1, требуется меньшее значение заглубления стены, чем
определено DA-1, сочетание 2, то шаг 2 может быть выполнен
сразу же после расчета заглубления стены с помощью DA-1, со¬
четание 2.
Анализ данных табл. 9.6 приводит к следующим выводам:
1. DA-1, сочетание 2, предусматривает расчет заглубления сте¬
ны (6,62 м). сочетание 2 также является важным для проекти¬
рования конструкции стены (максимальный момент изгиба
= 446, 7 кН м/м).
2. Результаты расчета по DA-3 идентичны результатам DA-1,
сочетание 2.
3. DA-2 — наиболее консервативный подход к проектированию
из всех подходов, применяемых с Еврокодами, поскольку в нем
предусматривается наибольшее заглубление стены (7,89 м)
и наибольшее значение момента изгиба (446,7 кН м/м). Ме¬
тод общего коэффициента надежности предусматривает более
глубокое заглубление стены (8,27 м) и немного большее зна¬
чение расчетного момента изгиба (1,4 х 504,6 = 706,4 кН м/м).
4. Стальные сваи многоугольного сечения 3N обладают до¬
статочным предельным моментом сопротивления (Mud =
= 613 кН м/м), чтобы противодействовать вычисленным мо¬
ментам изгиба (см. DA-1 и DA-3); согласно DA-2 и методу об¬
щего коэффициента надежности (Ми d > 649,5 кН м/м и Mu d >
1,4 х 504,6 = 707 кН м/м соответственно) требуется шпунтовая
свая немного большего веса.
DA-2 — применение модели предельного равновесия
В приведенном выше расчете с DA-2 с использованием модели
предельного равновесия частные коэффициенты применяют¬
ся к источнику, т.е. к предельному активному давлению грунта
и к чистому давлению воды.
Можно использовать следующую альтернативную процедуру
расчета, названную DA-2*:
1. Постоянные воздействия (например, значение предельно¬
го активного давления грунта, обусловленное весом грунта
304
Глава 9. Подпорные конструкции
и чистым давлением воды) вводятся в расчет со значения¬
ми, равными их характеристическим значениям (единич¬
ные частные коэффициенты). Кроме того, параметры грунта
(прочность при сдвиге) также вводятся в расчет со значения¬
ми, равными их характеристическим значениям, как принято
с DA-2.
2. Неблагоприятные переменные воздействия (например, зна¬
чение предельного активного давления грунта, обусловлен¬
ное дополнительной нагрузкой на грунт) вводятся в расчет
умноженными на 1,5/1,35 = 1,11, т.е. qd = 1,11 и
qk = 11,1 кПа.
3. Опрокидывающий момент МЕ, представляющий собой сум¬
му моментов активного давления грунта и чистого давления
воды (сумма = £к), вычисляется по отношению к точке анке¬
ровки. Затем определяется соответствующее расчетное зна¬
чение MEd = 1,35 МЕ — расчетное значение результата воз¬
действий, используемое в расчете критически предельного
состояния.
4. Горизонтальная составляющая предельного сопротивле¬
ния грунта i?pk определяется как стабилизирующий мо¬
мент MR параметра i?pk относительно точки анкеровки.
Затем определяется соответствующее расчетное значение
MRd = Mr/1,4 — расчетное значение стабилизирующего мо¬
мента, используемое в расчете критически предельного со¬
стояния.
5. Степень заглубления стены определяется по требованию
критически предельного состояния, согласно которому
MEd < MRd , или то же самое, что
МЕ < Мк /(1,35 х 1,4) = Мк /1,89.
6. После вычисления требуемого заглубления стены определя¬
ется характеристическое значение анкерной силы с помощью
проверки равновесия воздействий и сопротивлений.
7. И наконец, характеристические значения моментов изгиба
вдоль стены определяются из известных значений воздей¬
ствий, анкерной силы и сил давления грунта. Расчетные зна¬
чения анкерной силы и моментов изгиба вычисляются ум¬
ножением соответствующих характеристических значений
на 1,35.
В данном примере расчет по DA-2* дает следующие резуль¬
таты:
• Величина заглубления d = 7,89 м.
305
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
• Результирующее активное давление и сила чистого давле¬
ния воды Ек = 636,0 кН/м.
• Опрокидывающиймомент£'котносительноточкианкеровки
МЕ = 4408,8 кН м/м.
• Расчетное значение опрокидывающего момента
MEd = 1,35 х 4408,8 = 5951,9 кН м/м.
• Стабилизирующий момент, вызванный сопротивлением
грунта
MR = 8335,3 кН м/м.
• Расчетное значение стабилизирующего момента
MRd = 8335,3/1,4 = 5953,8 кН м/м.
• Следовательно, MEd = 5952 кН м/м < MRd = 5954 кН м/м.
Расчет горизонтальной составляющей анкерной силы Poh:
— расчетное значение Р0ь = 1,35 х pk — Рк /1,4 = 1,35 х 636,0 -
-882,1/1,4 = 228,5 кН/м;
— характеристическое значение Ph = 228,5/1,35 = 169,3 кН/м.
• Характеристическое значение максимального изгибающе¬
го момента = 481,14 кН м/м.
• Расчетное значение максимального изгибающего момента
Md = 1,35 х 481,14 = 649,5 кН м/м.
Таким образом, при использовании модели предельного рав¬
новесия с DA-2 и DA-2* получаются одинаковые результаты,
что и показано в данном примере. Это объясняется линейным
характером расчетов.
В предыдущих расчетах (DA-1, сочетание 2, DA-2, DA-2*
и DA-3) минимальное требуемое заглубление стены, изгибаю¬
щие моменты и сдвигающие силы, направленные вдоль стены,
определены с помощью модели предельного равновесия, а имен¬
но исходя из предельного состояния на активной стороне стены,
без перераспределения давления с целью учета изгиба стены,
возможно меньшего, чем требуется для полной мобилизации
предельного давления грунта. Перераспределение давления
можно проанализировать с помощью моделей взаимодействия
(метод конечных элементов или пружинных моделей с балкой),
что рассматривается в разделе 9.7.
Как отмечалось в разделе 9.7, пружинные модели могут при¬
меняться со всеми тремя подходами к проектированию. Поря¬
док применения модели упругой деформации (с входными па¬
раметрами, указанными выше) показан в данном примере для
DA-2 и DA-1, сочетание 1.
306
Глава 9. Подпорные конструкции
DA-2 — применение модели упругой деформации
1. Минимальное заглубление стены определяется стандартным
расчетом, представленным выше, в котором используются пре¬
дельные давления грунта (модель предельного равновесия).
Согласно этому расчету конструкция является надежной от¬
носительно разрушения на пассивной стороне стены. Рассчи¬
танное минимальное заглубление, согласно DA-2, составляет
d = 7,89 м (см. выше). С другой стороны, можно методом под¬
бора определить значение заглубления стены, которое приве¬
дет к мобилизации 53 % характеристического сопротивления
грунта (поскольку 1/ygYrc = 1 /(1,35 х 1,4) = 0,53, используя
рекомендуемые значения).
2. Пружинная модель применяется для расчета стены с заглубле¬
нием, указанным выше, определения внутренних сил и анкер¬
ной силы и для проверки того, что мобилизация характеристи¬
ческого значения грунта не превышает 53 % (1/ (1,35 х 1,4) =
= 0,53).
Следует подчеркнуть, что в расчете также можно использовать
большее значение заглубления стены (например, если стена за¬
глубляется в водонепроницаемый слой). В расчете используются
характеристические значения параметров жесткости и прочно¬
сти грунта и стены. Значение поверхностной нагрузки q вводится
со значением q = 1,5 х 10/1,35 =1,1 кПа. Вычисленные значения
изгибающих моментов и анкерных сил умножаются на частный
коэффициент постоянного неблагоприятного воздействия 1,35
для определения их расчетных значений. Основные результаты
расчета представлены в табл. 9.7.
Таблица 9.7
Пример 9.2 — расчет критически предельного состо¬
яния: результаты расчета по DA-2 с использованием
модели упругой деформации
Вычисленное
значение
Расчетное значение =
1,35 х вычисленное
значение
Величина
заглубления
Из шага 1 :d = 7,89 м
—
Мобилизованное
0,53* <1/(1,35 х 1,4) =
—
сопротивление
грунта
= 0,53
Изгибающий
209,5 кН м/м
1,35x209,5 =
момент
= 283 кН м/м
307
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
Окончание табл. 9.7
Вычисленное
Расчетное значение =
значение
1,35 х вычисленное
значение
Анкерная сила
116,0 кН/м
1,35x116,0=157 кН/м
Скорректированная анкерная сила с учетом активных давлений
на тыльной стороне стены.
Расчетные значения изгибающих моментов и реакций анке¬
ра, полученные с помощью модели упругой деформации для
DA-2, значительно ниже значений, полученных с помощью мо¬
дели предельного равновесия (см. табл. 9.6). Это объясняется
тем, что в модели упругой деформации используются характе¬
ристические значения сопротивления грунта, а частные коэф¬
фициенты сопротивления грунта вводятся только в конце для
проверки уровня мобилизации.
DA-1, сочетание 1 — применение модели упругой деформации
1. Минимальное заглубление стены определяется стандартным
расчетом (модель предельного равновесия) для DA-1, сочета¬
ние 2. Вычисленное значение минимального заглубления для
DA-1, сочетание 2, равно d = 6,62 м (см. выше).
2. Пружинная модель применяется для расчета стены с за¬
глублением, указанным выше, определения внутренних сил
и анкерной силы и для проверки, не превышают ли значения
мобилизации характеристического сопротивления грунта
0,74 = 1/1,35. Поверхностная нагрузка вводится со значени¬
ем q = 1,5 х 10/1,35 = 11,1 кПа. Вычисленные изгибающие
моменты и анкерные силы умножаются на частный коэффи¬
циент постоянных неблагоприятных воздействий 1,35 для
определения их расчетных значений. Основные результаты
расчета представлены в табл. 9.8.
Таблица 9.8
Пример 9.2 — расчет критически предельного
состояния: результаты расчета по DA-1, сочетание 1,
с использованием модели упругой деформации
(длина стены взята из DA-1, сочетание 2)
Вычисленное
значение
Расчетное значение
= 1,35 х вычисленное
значение
Величина заглубления
Из шага 1: d = 6,62 м
—
Мобилизованное
сопротивление грунта
0,60*< 1/1,35 = 0,74
—
308
Глава 9. Подпорные конструкции
Окончание табл. 9.6
Вычисленное
значение
Расчетное значение
= 1,35 х вычисленное
значение
Изгибающий момент
257 кН м/м
1,35x257 = 347 кН
м/м
Анкерная сила
126 кН/м
1,35 х 126= 170 кН/м
* Скорректированная анкерная сила с учетом активных давлений
на тыльной стороне стены.
Эквивалентный общий коэффициент надежности, согласно
DA-1, относительно пассивного разрушения, составляет 1,6
и около 1,9, согласно DA-2. Изгибающие моменты и реакции
анкеровки, вычисленные с помощью модели упругой деформа¬
ции для DA-1, сочетание 1, больше у DA-2, потому что стена,
согласно DA-2, в некоторой степени длиннее.
Отмечается, что во всех моделях взаимодействия вычислен¬
ные изгибающие моменты и реакции креплений зависят от вы¬
бранного значения жесткости грунта (упругая жесткость) отно¬
сительно жесткости стены и анкеровки. Поскольку жесткость
грунта предполагает наличие значительной неопределенности,
то следует проверить чувствительность конструкции к измене¬
нию параметров. Для заданной длины стены низкие значения
упругой жесткости грунта в сочетании с высокими значениями
прочности грунта приводят к более высоким изгибающим мо¬
ментам в стене.
Следует подчеркнуть, что выводы, сделанные выше, приме¬
нимы только к данному примеру. Для примеров, предусматри¬
вающих различные геометрические размеры и параметры грун¬
та, соответствующие выводы могут отличаться.
Гидравлическое поднятие дна котлована и его расчет
по условиям критически (первого) предельного состояния
Просачивание грунтовых вод вверх, к дну глубокого котлова¬
на, может привести к его разрушению, вызванному поднятием
дна грунта с относительно равномерной водопроницаемостью,
а также к разрушению, вызванному гидравлическим воздей¬
ствием, в тех случаях, когда слой с низкой водопроницаемостью
залегает выше слоя с высокой водопроницаемостью. Хотя раз¬
рушение, вызванное гидравлическим поднятием дна, больше
относится к грунту с высокой водопроницаемостью, поскольку
установившийся режим просачивания достигается относитель¬
но быстро, то расчет поднятия дна в данном примере (плотная
309
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
глина) выполняется только с целью иллюстрации. Методика,
принятая для расчета гидравлического поднятия дна, раскры¬
вается в главе 10.
Модель расчета гидравлического поднятия дна, как пра¬
вило, предусматривает изучение геологической колонки
грунта между дном котлована и отметкой основания стены,
не учитывая силы поперечного трения (консервативное до¬
пущение). В данном примере расчет разрушения, вызванно¬
го гидравлическим поднятием дна, выполняется для менее
глубокого заглубления (d = 6,62 м), определенного согласно
DA-1 и DA-3.
Согласно п. 2.4.75, одно неравенство для расчета разруше¬
ния, вызванного гидравлическим поднятием дна, предусматри¬
вает проверку того, что у дна любой колонки грунта расчетное
значение дестабилизирующего порового давления воды wdstd
меньше расчетного значения стабилизации общего вертикаль¬
ного напряжения astbd (см. рис. 9.6), т.е.
^dst> ^ — o'stb.d* (2.9а)
Другое неравенство для расчета разрушения, вызванного ги¬
дравлическим поднятием дна, предусматривает проверку того,
что расчетное значение силы дестабилизирующего просачива¬
ния 5dst>d в геологической колонке грунта меньше расчетного
значения стабилизирующего веса геологической колонки грун¬
та во взвешенном (эффективном) состоянии G'stb,d, т.е.
^dst.d ^ G'stb(d. (2.9b)
Рис. 9.6. Пояснение символов
310
Глава 9. Подпорные конструкции
Неравенство (2ЭЪ) даёт
Sdst.d — YG.dst Y water ^ — YG.stb (Yk — Y water)^ — G stb,d>
где i — характеристическое значение гидравлического гради¬
ента; d— высота мощности слоя грунта до уровня проверки раз¬
рушения в результате выпора (рис. 9.6); y water— характеристи¬
ческое значение удельного веса воды; ук — характеристическое
значение общего удельного веса грунта слоя В; y’k = ук - ywater —
характеристическое значение удельного веса грунта (эффектив¬
ного) во взвешенном состоянии (слой В); yGstb и yGdst — частные
коэффициенты стабилизирующих и дестабилизирующих воз¬
действий (см. табл. А.17).
Давление поровой воды у отметки основания стены (отметка
-5,40 - 6,62 = -12,02 м) определяют, полагая линейную потерю
гидравлического напора в слое В, как объяснялось прежде (дли¬
на контура фильтрации: L = 2d+ 1,40 = 2 х 6,62 + 1,40 = 14,64 м).
Такое допущение дает возрастающий гидравлический градиент:
i = AH/L = (-1,0 + 5,40)/14,64 = 0,30.
Рекомендуемыми значениями частных коэффициентов ги¬
дравлического выпора являются (табл. А.17)
Усль = 0,9 Yc.dst = 1,35.
Применение указанной выше методологии неравенства (2.9b)
дает:
YG.dstYwater^ — YG,stb(Yk Ywater
-> 1,35 х 10 х 0,30 х 6,62 < 0,90 х (20 - 10) х 6,62
-^26,8 кПа < 59,6 кПа,
это указывает, что надежность по разрушению, вызванному ги¬
дравлическим выпором, достаточная.
Примечание: неравенство (2.9а) дало результат, отличный
от результата, полученного применением неравенства (2.9Ь)\
^dst.d — ^stb.d ~^ YG.dst ^k — YG.stb ^k
~^ YG.dst (Ywater d Ywater ^0 — YG.stb Yk d
^ YG.dst Ywater ^ — (YG.stb Yk YG.dst Ywater ^
-^1,35 x 10 x 0,30 x 6,62 < (0,9 x 20 - 1,35 x 10) x
x 6,62
-^26,8 кПа < 29,8 кПа.
В этом примере неравенство (2.9а) также показывает доста¬
точную надежность по разрушению, вызванному гидравличе¬
ским выпором (но надежность выше, потому что предъявлено
более жесткое требование по расчетному избыточному давле¬
311
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
нию поровой воды YG.dst Ywater.id = 26,8 кПа). Объяснение разницы
между неравенствами (2.9а) и (2.9Ь) приводится в главе 10.
Расчет изгиба стены по условиям предельного
эксплуатационного состояния (второе предельное
состояние)
Процедура расчета изгиба стены по условиям предельного экс¬
плуатационного состояния кратко изложена в п. 9.8.2. Этот
расчет состоит из предварительных оценок изгиба стены и ре¬
зультирующего смещения грунта на основании сопоставимого
опыта. Если предельные допустимые значения превышены, вы¬
полняется подробное исследование путем более строгого расче¬
та (кроме того, см. раздел 9.8.2). Предполагается, что в расчетах
по условиям предельных эксплуатационных состояний расчеты
изгиба стены и перемещения грунта могут не выполняться, если
имеется достаточный сопоставимый опыт.
В данном примере изгиб стены по условиям предельного
эксплуатационного состояния выполняется с помощью одно¬
мерной аналитической модели, предусматривающей взаимо¬
действие стены с грунтом. Стена рассматривается в виде верти¬
кальной балки со свойствами шпунтовой сваи, а грунт (по обеим
сторонам стены) моделируется в виде серии упругопластичных
пружин, переходящих в состояние текучести при активных
и пассивных давлениях грунта, что показано на рис. 9.7. Жест¬
кость грунтовых пружин определяется учетом смещения стены,
необходимого для мобилизации активных и пассивных давле¬
ний грунта (см. п. С.З в Приложении С).
Рис. 9.7. Модель расчета тонкостенного ограждения со взаимодействием
стена-грунт по условиям предельного эксплуатационного состоя¬
ния. Распределение давления грунта на активной стороне развива¬
ется согласно упругопластичным грунтовым пружинам
Давление грунта на стену
►
Смещение стены
312
Глава 9. Подпорные конструкции
Расчетные значения всех воздействий и сопротивлений, па¬
раметры грунта, а также жесткости стены и анкеровки равны
своим характеристическим значениям. Поскольку в модели
предусматривается применение грунтовых пружин на активной
стороне, никаких допущений по распределению давления грун¬
та на активной стороне не требуется. Разность чистого давления
воды считается известным воздействием. Анкеровка моделиру¬
ется в виде преднапряженной упругой пружины с жесткостью,
определенной расчетом критически предельного состояния. Ре¬
зультаты расчетов показаны в табл. 9.9.
Таблица 9.9
Пример 9.2 — расчет предельного эксплуатационного
состояния (все значения равны характеристическим
значениям)
DA-1, сочетание 2
DA-2
DA-3
Заглубление стены ниже осно¬
вания котлована,м
6,62
7,89
6,62
Общая длина шпунтовой свай¬
ной стены, м
12,02
13,29
12,02
Горизонтальная составляющая
силы преднапряжения (усилие
преднапряжения в зоне анке¬
ровки), кН/м
100
100
100
Окончательная горизонталь¬
ная составляющая анкерной
силы, кН/м, после полного за¬
вершения рытья котлована
112
112
112
Рассчитанный изгиб стены, мм
Отметка — 0,0 м
-2,6
2,6
-2,6
Отметка— 1,0 м
6,1
5,8
6,1
Отметка — 3,0 м
22
21
22
Отметка — 5,0 м
27,7
26
27,7
Отметка — 7,0 м
21
21
21
Отметка — 9,0 м
13
13
13
Основание
5,5
7
5,5
Рассчитанные максимальные
изгибающие моменты, кН м/м
172
168
172
Поскольку модель является одномерной, то непосредствен¬
ный расчет перемещения грунта для проверки эксплуатацион¬
ной пригодности опираемых конструкций и систем не предус¬
мотрен. Для такого расчета требуется двух- и трехмерная чис¬
313
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
ловая модель (метод конечных элементов), что было изложено
в разделе 9.8.2.
С другой стороны, для перевода рассчитанных значений
горизонтальных смещений стены в значения оседания по¬
верхности грунта можно использовать косвенные методы
расчета.
Результаты расчетов показаны в табл. 9.9.
Глава 10
потеря несущей
способности,
вызванная
гидравлическим
выпором
В этой главе рассматриваются расчеты различных видов гидрав¬
лических воздействий, вызывающих потерю несущей способности.
Материал, изложенный в этой главе, рассматривается в разделе 10
EN 1997-1, вместе с частными коэффициентами, приведенными
в Приложении А. Порядок изложения материала в настоящей главе
соответствует порядку изложения материала в разделе 10:
10.1. Общие положения Пункт 10.1
10.2. Разрушение, вызванное выпором грунта Пункт 10.2
10.3. Разрушение, вызванное поднятием грунта Пункт 10.3
10.4. Внутренняя эрозия Пункт 10.4
10.5. Вымывание грунта Пункт 10.5
10.1. Общие положения
Глава 10 Еврокода 7 начинается с перечисления случаев потери не¬
сущей способности, рассмотренных в Еврокоде и требующих про¬
верки:
• потеря несущей способности вследствие выпора;
• потеря несущей способности вследствие поднятия;
п. 10.1(1 )Р
315
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
• потеря несущей способности вследствие внутренней эрозии;
• потеря несущей способности вследствие вымывания грунта.
Ниже даются определения указанным гидрогеологическим воздей¬
ствиям; каждая страна использует свои термины и их значения, ко¬
торые отличаются друг от друга.
В табл. 10.1 приведены типы разрушений и данные для их рас¬
чета.
п. 10.1(3)Р Гидравлические градиенты, поровые давления и силы фильтра¬
ционного давления считаются доминирующими воздействиями,
обязательными для учета и рассмотрения при расчете гидравличе¬
ских прорывов. Именно поэтому необходимо обратить особое вни¬
мание на параметры, которые оказывают сильное влияние на воз¬
действия, вызываемые давлением воды; эти параметры указаны
в табл. 10.1.
Таблица 10.1
Процедура расчета различных типов гидравлических
прорывов
Тип прорыва
Критически
предельное
состояние
Основное
матема¬
тическое
неравенство
Рекомендуе¬
мые таблицы
частных
коэффици¬
ентов
Эквивалент¬
ный общий
коэф¬
фициент
надежности
Выпор грунта
Выпор грунта
Выражение
(2.8)
Табл. А. 15 и
А. 16
1,10
Поднятие
Эрозия и пе¬
ренос грунта,
вызванные
гидравлич.
градиентами
Выражение
(2.9)
Табл. А. 17
1,50
Внутренняя
эрозия
—
Критерии
фильтрации
Вымывание
грунта
Установить схему линий фильтрации или
схему распределения гидравлического
градиента для возможных неблагоприятных
условий грунта и проверить на разрушение,
вызванное гидравлическим вспучиванием
(горизонтальная поверхность грунта) или
обрушением откоса (наклонная поверхность
грунта)
• Изменение водонепроницаемости грунта во времени и в про¬
странстве.
• Изменение уровней грунтовых вод и порового давления воды
с течением времени.
• Изменение геометрических параметров.
Пример, иллюстрирующий, как различные условия грун¬
та могут стать результатом механизма разрушения, приведен
316
Глава 10. Потеря несущей способности, вызванная гидравлическим выпором
на рис. 10.1. Когда слой грунта, например, глина с тонкой слои¬
стостью и низкой водонепроницаемостью, залегает ниже уровня
дна котлована, поток подземных вод будет отсутствовать, поэтому
следует убедиться в том, что обеспечена достаточная надежность
против выталкивающего воздействия слоя с низкой водонепро¬
ницаемостью. Если слой грунта, залегающий ниже дна котлова¬
на (например, песок), водопроницаем, то грунтовые воды будут
стремиться вверх, в котлован, поэтому следует убедиться в том,
что прорыв, вызванный поднятием грунта, залегающего под дном
котлована, не произойдет.
а б
Рис. 10.1. Пример механизма гидравлического прорыва, вызванного
различными условиями грунта: а — потеря несущей способности,
вызванная выпором грунта; б — потеря несущей способности, вызванная
поднятием грунта
Расчетные ситуации с выпором грунта без просачивания воды
должны рассматриваться с помощью частных коэффициентов
(см. табл. А.15 и А.16, Приложение АЛ) критически предельного со¬
стояния, вызванного выпором грунта. Расчетные ситуации с проса¬
чиванием воды, вызванным гидравлическими градиентами, должны
рассчитываться с помощью частных коэффициентов критически
предельного состояния по эрозии и вымыванию грунта, вызванные
гидравлическими градиентами {табл. А.17, Приложение А.5).
10.2. Разрушение, вызванное выпором грунта
10.2.1. Общие положения
Разрушение, вызванное выпором грунта, проверяется сравнением
суммы Gdst(d и Qdst.d расчетных значений стабилизирующих постоян¬
ных и переменных вертикальных воздействий, т.е. суммы давлений
воды под конструкцией (постоянные и переменные части) и любых
сил, действующих вверх, с суммой Gstbd и Rd расчетных значений
стабилизирующих постоянных вертикальных воздействий и рас¬
четного значения любого дополнительного сопротивления выпи-
п. 10.2(1)Р
317
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
ранием грунта, например, сваи, работающие на растяжение, грунто¬
вые анкера или силы трения на стороне заглубленной конструкции:
п. 2.47.4(1 )Р Gdst)d + (2dst(d ^ Gstb,d + Rd. (2.8)
Такое общее математическое неравенство применяется при рас¬
чете устойчивости подводных конструкций против разрушения из-
за выпора грунта и при расчете устойчивости против выпора водо¬
непроницаемых слоев котлована. Процедура расчета конструкции,
в которой сваи, работающие на растяжение, должны обеспечить до¬
полнительное стабилизирующее сопротивление, изложена в одном
из примеров настоящего Руководства (см. пример 7.5). Для посто¬
янных и переменных ситуаций значения частных коэффициентов
п. 2.4.7.4(3)? по дестабилизирующим и стабилизирующим воздействиям долж¬
ны выбираться из табл. А.15, а значения частных коэффициентов
по параметрам прочности грунта или по сопротивлению геотехни¬
ческих элементов — из табл. А.16.
п. 2.41.4(2) Согласно п. 2.4.7.4(2), дополнительное сопротивление выпору
грунта, вызванное сваями, работающими на растяжение, грунто¬
выми анкерами или силами трения, могут рассматриваться в виде
стабилизирующего постоянного вертикального воздействия, а не
сопротивления, следовательно, расчетное значение получается
применением к нему частного коэффициента постоянных благо¬
приятных воздействий (рекомендуемое значение 0,9).
При принятии этой процедуры и применении рекомендуемых
значений частных коэффициентов воздействий (см. табл. А.15)
результат расчета по условиям критически предельного состо¬
яния будет менее консервативным, по сравнению с результа¬
том применения частных коэффициентов значений параметров
грунта (табл. А.16) к дополнительному сопротивлению. Это вы¬
звано тем, что применение частных коэффициентов из табл.
А.16 к дополнительному сопротивлению сваи, работающей на
растяжение, эквивалентно умножению значения сопротивления
на 0,71 (или, при рассмотрении сил трения, эквивалентно умно¬
жению значения параметров прочности грунта на 0,8). Совер¬
шенно ясно, что если положения п. 2.4.7.4(2) применяются для
рассмотрения сопротивления свай, работающих на растяжение,
анкерных приспособлений или сопротивлений, то необходимо
проверить предельное состояние по разрушению конструкции.
10.2.2. Подводные конструкции
В качестве примера расчета против разрушения, вызванного выпо¬
ром грунта, можно рассмотреть расчет туннеля, расположенного
ниже уровня грунтовых вод, что и показано на рис. 10.2. При расчет¬
ных значениях дестабилизирующего выталкивающего воздействия
318
Глава 10. Потеря несущей способности, вызванная гидравлическим выпором
Ud воды и расчетных значений стабилизирующих воздействий
веса конструкции Gstrd, при весе грунта Gsoil d наверху конструкции
и силе бокового вертикальных стен трения Td, неравенство (2.8)
приобретает вид
Рис. 10.2. Тоннель, находящийся ниже горизонта грунтовых вод
Если конструкция полностью находится ниже горизонта подзем¬
ных вод, давление воды, действующее сверху конструкции, может
рассматриваться в виде стабилизирующего воздействия, а давление
воды, действующее у основания, может рассматриваться в виде де¬
стабилизирующего воздействия. Поскольку и стабилизирующее,
и дестабилизирующее воздействия умножаются на разные значения
частных коэффициентов, то надежность против выталкивающего
воздействия будет зависеть от толщины слоя воды над конструкци¬
ей. Поэтому правило, изложенное в примечании к п. 2.4.2(9)Р, может п. 2.4.2(9)Р
применяться в этой ситуации: а именно отдельный частный коэффи¬
циент может быть применен к разнице этих воздействий, т.е. к раз¬
нице между значением характеристических постоянных воздействий
давления воды, действующего наверху и внизу конструкции. Разни¬
ца между характеристическими дестабилизирующими воздействия¬
ми, вызванными давлением воды, представлена в виде
U<\ ^ Gstnd + GSOii,d + ^d-
(D10.1)
UK = yAH2-H1)A = ywHA,
(DIO.2)
где Л — площадь основания тоннеля. Значения других обозначений
показано на рис. 10.2. Тогда расчетное значение дестабилизирую¬
щих значений имеет вид
319
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
ил = Yg, dst У«НА. (D10.3)
Следует отметить, что при расчете стабилизирующего воздей-
ствия вес грунта, расположенного ниже уровня подземных вод,
следует рассчитывать с помощью эффективного удельного веса
грунта у’.
Как показано в неравенстве (D10.1), силы трения, например, дей¬
ствующие на стены подводных конструкций, могут учитываться
при расчете. Их значения можно определить, исходя из
Td/A = Ko\tg5d. (D10.4)
Угол трения стены 5d определяется делением tg 5k на уф из
табл. А.16 для получения консервативного значения трения
с низким коэффициентом. Если К — коэффициент давления
грунта — определяется с помощью угла сопротивления сдвигу
ф’, то для ф’ необходимо выбрать соответствующее предусмотри¬
тельное значение.
10.2.3. Расчет против выталкивающего воздействия
водонепроницаемого слоя
Если силы трения не берутся во внимание, то в расчете против
выталкивающего воздействия водонепроницаемого слоя, через
который не просачивается вода, например, у основания или ниже
основания вырытого котлована для здания (рис. 10.3), можно ис¬
пользовать значения напряжений, а не сил. В таком случае рас¬
четное значение дестабилизирующего полного давления воды щ,
действующего на поверхности раздела двух слоев, должно быть
меньше или равно стабилизирующему общему вертикальному на¬
пряжению astb)d, вызванному общем весом грунта выше поверхно¬
сти раздела.
^dst,d — ^atb.d- (D10.5)
После применения частных коэффициентов, указанных в
табл. А.15, и символов из рис. 10.3, неравенство (2.8) для расчет¬
ного значения разрушения, вызванного выпором грунта, приобре¬
тает вид
Ус,dst Yw #k ^ YG.stb Yd- (D10.6)
Используя значения частных коэффициентов, данные в При¬
ложении А.4, метод расчета, определенный EN 1997-1, становится
эквивалентным методу расчета с помощью общего коэффициен¬
та надежности (OFS) против выпирания грунта, заданного фор¬
мулой
OFS = Yc,dst/YG,stb= 1,00/0,90 = 1,11. (D10.7)
320
Глава 10. Потеря несущей способности, вызванная гидравлическим выпором
Рис. 10.3. Выталкивающее воздействие водонепроницаемого слоя
10.2.4. Пример с решением: расчет против
выталкивающего воздействия
В примере 7.5 настоящего Руководства рассматривается расчет
против выталкивающего воздействия, направленного на конструк¬
цию со сваями, работающими на растяжение.
10.3. Разрушение, вызванное поднятием грунта
(HYD)
10.3.1. Общие положения
Разрушение, вызванное поднятием грунта, происходит в случаях,
когда силы просачивания, действующие вверх, становятся настоль¬
ко значительными, что вертикальное эффективное напряжение
снижается до нуля. Согласно п. 2.4.7 5(1)Р, устойчивость грунта
против поднятия должна проверяться на каждой геологической ко¬
лонке грунта или путем расчета на основании порового давления
воды и общих напряжений (неравенство (2.9а)), или путем расчета
на основании фильтрационных давлений и веса в погружённом со¬
стоянии (неравенство (2.9Ь)). На левой стороне подпорной стены
(рис. 10.4) показан пример разрушения, вызванного вспучиванием
грунта. В дальнейшем все вертикальные силы трения (стабилизи¬
рующие) во внимание не принимаются.
10.3.2. Расчет с использованием общих напряжений
При расчете против просачивания с использованием значений
общих напряжений необходимо проверить, чтобы расчетное зна¬
п. 10.1(1 )Р
п. 2.4.7.5(1)Р
п. 10.3(1)
321
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
чение дестабилизирующего порового давления wd dst у основания
геологической колонки было меньше или равно расчетному дав¬
лению стабилизирующего общего вертикального напряжения
^d,stb*
^d,dst — ^d.stb- (2.9а)
Для условий, определенных на левой стороне (см. рис. 10.4), ха¬
рактеристическое значение дестабилизирующего давления воды
у основания стены представляет собой:
wk,dst = Yw (d + dw + Ah). (D10.8)
Значение общего удерживающего напряжения под пятой стены
определяется по формуле
<*k,stb = (Y + Yw)d + Yw (D10.9)
Рис. 10.4. Гидравлическое поднятие по гидродинамическим условиям
Применение частных коэффициентов yG>dst и yGstb к дестабилизи¬
рующим и удерживающим напряжением, уравнение (2.9а) принима¬
ет вид:
YG,dst^k,dst — YG,stb^k,stb (-^* 10.10)
а именно:
Yc,dst Yw (d + dw + Ah) < yGstb [(Y + Yw)d + Yw dw], (D10.11)
322
Глава 10. Потеря несущей способности, вызванная гидравлическим выпором
следовательно, используя неравенство (2.9а), расчетное значение
избыточного порового давления представляет собой:
YG.dst Yw А/г < yGiStb y’d - (yG,dst - yG,stb )yw (d + dj. (D10.12)
Используя рекомендованные значения yGdst и YG,stb> равные 1,35
и 0,9 соответственно, во второй части правой стороны указанного
выше неравенства получаем
YG.dst Yw Ah А YG,stb id - 0,45yw (d + dw). (DIO. 13)
10.3.3. Расчет с помощью значений погруженного веса
При расчете против фильтрации воды с использованием погружен¬
ных (эффективных) весов необходимо убедиться в том, что расчетное
значение дестабилизирующей силы фильтрации 5dst d, действующей
в пределах колонки грунта, была меньше или равно расчетному зна¬
чению стабилизирующего погруженного веса G’stb,d колонки грунта:
^dst.d - G’stb.d- (2.9b)
Для гидрогеологической ситуации, показанной слева на рис. 10.4,
расчетное значение дестабилизирующей силы просачивания со¬
ставляет
^dst.d — Ydst.d Yw id, (D10.14)
где i — гидравлический градиент к колонке грунта. При i = Ah/d
расчетное значение дестабилизирующей силы просачивания стано¬
вится
Vd = YG.dst Yw Л/г. (D 10.15)
При расчетном значении стабилизирующего погруженного веса
б* stb.d — YG.stb Y ^
неравенство (2.9b) обращается в
YG.dst Yw А/г < YG.stb Yd- (D10.17)
Сравнивая неравенства (D10.13) и (D10.17), можно видеть, что
расчетное значение, т.е. допустимое избыточное поровое давление
воды, YG.dst Yw А/г, определенное с помощью неравенства (2.9а), при
всех обстоятельствах меньше значения, вычисленного с помощью
неравенства (2.9Ь) на величину 0,45yw {d + dw ). Следовательно,
неравенство (2.9а) обеспечивает большую надежность, чем нера¬
венство (2.9Ь). Это подтверждается расчетом, приведенным в при¬
мере 9.2, в котором два неравенства используются для анализа ги¬
дравлического поднятия. Неравенство (2.9Ь) представляет собой
неравенство, обычно используемое для расчета гидравлического
прорыва; однако в некоторых случаях предпочтение дается нера¬
венству (2.9а ).
323
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
10.3.4. Определение соответствующего порового
давления воды
На распределение порового давления воды сильное влияние ока¬
зывают условия водопроницаемости грунта. Незначительные
изменения водопроницаемости, например, тонкие слои с низкой
п. 10.3(2)Р водопроницаемостью, могут резко изменить распределение по¬
рового давления воды. В результате реалистическая и надежная
оценка гидрогеологических условий и последующее определение
распределения порового давления воды образуют наиболее важ¬
ную часть проектирования. Наиболее надежный способ опреде¬
ления гидрогеологических условий заключается в проверке пред¬
полагаемого распределения путем измерений порового давления.
При невозможности выполнить такие измерения предполагаемые
гидрогеологические условия необходимо принимать осторожно,
что зачастую приводит к консервативному и дорогостоящему про¬
ектированию.
Пространственные эффекты, возникающие, например, из кро¬
мок прямоугольных выемок или водонепроницаемых структур
п. 10.3(2)Р дамб, необходимо очень тщательно рассматривать, поскольку
только трехмерное моделирование потоков грунтовых вод в соче¬
тании с измерениями могут дать реалистичную и надежную оцен¬
ку ситуации.
10.3.5. Пример с решением: расчет против разрушения,
вызванного поднятием грунта
В примере 9.2 настоящего Руководства рассматривается расчет
против разрушения, вызванного поднятием грунта.
10.3.6. Пояснения к разрушениям, вызываемым
выпором и поднятием грунта
При сравнении частных коэффициентов, относящихся к разру¬
шениям, вызываемым выпором и поднятием грунта, приведен¬
ным в табл. А.15 и А 77, было обнаружено, что значение частного
коэффициента по неблагоприятным постоянным воздействиям,
связанным с выпором грунта (1,0), значительно меньше значения,
связанного с поднятием грунта (1,35). При рассмотрении рис. 10.3
(пример расчета против выпирания водонепроницаемого слоя) воз¬
никает вопрос: когда слой «достаточно» водонепроницаемый, рас¬
чет которого против разрушения, вызываемого выпором, выполнен
с применением меньшего коэффициента по неблагоприятным воз¬
действиям, считается соответствующим, и когда должен выпол¬
няться расчет против разрушения, вызванного гидравлическим
324
Глава 10. Потеря несущей способности, вызванная гидравлическим выпором
поднятием, с помощью более высокого частного коэффициента
по неблагоприятным постоянным воздействиям.
Что касается гидрогеологических свойств, следует отметить, что
связные грунты могут относиться к водонепроницаемым. При воз¬
действии порового давления воды сверх гидростатического дав¬
ления жесткий связный слой не разделяется на мелкие фракции.
Поэтому связный слой может рассматриваться в виде плотного
водонепроницаемого блока, а частные коэффициенты предельного
состояния по выпору грунта могут применяться к благоприятным
и неблагоприятным воздействиям, направленным на этот блок. Ос¬
нование для принятия решения, какое из предельных состояний
(выпор грунта или эрозия и перенос грунта, вызванные гидравли¬
ческими градиентами) соответствует конкретной ситуации, зави¬
сит от определения, считается ли слой водонепроницаемым блоком
из-за его низкой водопроницаемости и прочности сцепления. При
наличии сомнений следует изучить оба предельных состояния.
10.4. Внутренняя эрозия
10.4.1. Критерии фильтрации и гидравлические
критерии
Процедура расчета против разрушения, вызванного внутренней
эрозией, представленной переносом частиц в результате фильтра¬
ции воды, предусматривает ряд последовательных проверок. Вна¬
чале следует проверить, предотвращает ли геометрическая форма,
размеры структуры зерен и пор в грунте перенос мелких частиц
в результате фильтрации. Это можно определить проверкой: соблю¬
даются ли критерии фильтрации или самим слоем грунта (Кистин,
1967 г.), или поверхностью раздела между двумя слоями (например,
Шерард и др., 1963 г.). Степень эрозии неоднородного, несвязного
слоя проверяется путем деления гранулометрического распределе¬
ния на мелкую и крупную часть, каждая из которых затем прове¬
ряется применением критерия фильтрации. Если требования кри¬
териев соблюдаются, то перенос материала грунта не произойдет,
а грунт будет надежен относительно внутренней эрозии.
Если критерии фильтрации не соблюдаются, то проверить воз¬
можность возникновения эрозии можно, определив достаточна ли
степень гидравлического градиента, вызывающего просачивание,
для переноса частиц грунта. Такая проверка основывается на уста¬
новлении сетки линий фильтрации для каждого рассматриваемого
случая. При рассмотрении простых случаев можно вычертить сетку
линий фильтрации рукой, но вообще-то следует выполнить число¬
вое моделирование, чтобы определить, в какой точке гидравличе¬
ский градиент становится критическим и каким высоким может
п. 10.4(1 )Р
п. 10.4(5)Р
325
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
стать его значение. Например, вычисленный гидравлический гра¬
диент гса1 в критической точке в пределах грунта, у основания шпун¬
товой стены или у поверхности грунта, будет сравниваться с кри¬
тическим градиентом zcrit, требуемым для переноса частиц грунта.
Для расчета внутренней эрозии Буш и Лакнер (1974 г.) разработали
формулу для определения критического градиента, zcrit, в зависимо¬
сти от гранулометрического распределения грунта.
п. 10.4(6)Р При эрозии на границе раздела между двумя слоями критиче¬
ский градиент zcrit зависит от направления потока грунтовых вод,
принимая во внимание собственный вес и ориентацию слоев. Кри¬
тический гидравлический градиент zcrit для девяти сочетаний слоев
от мелкозернистого до крупнозернистого грунта и направления по¬
токов даны в работах Армбрустера и Трёгера (1993 г.).
Критерии фильтрации, опубликованные в геотехнической лите¬
ратуре, включают в себя нечто вроде запасов надежности, которые,
как правило, не проверены и поэтому неизвестны. Кроме того, та¬
кие критерии зачастую устанавливают, основываясь на опыте рабо¬
ты с определенными региональными и местными типами грунтов.
Поэтому необходимо проявлять осторожность при применении
указанных критериев для проектирования, если отсутствует сопо¬
ставимый опыт.
10.4.2. Последствия переноса грунта
Если ни критерии фильтрации, ни гидравлические критерии не
могут быть соблюдены, вполне вероятно, что происходит перенос
грунта. Методика расчета количества мелких частиц грунта, пере¬
носимых просачиванием грунтовых вод, изложена в работах Буша
и Лакнера (1974 г.). Согласно их эмпирическому исследованию,
перенос 3 % почвы не считается критическим. Если, к примеру, экс¬
плуатационная пригодность конструкции или устойчивость дамбы
подвергаются опасности со стороны внутренней эрозии, следует
или применить другие материалы для дамбы или же принять кон¬
струкционные меры, предотвращающие фильтрацию, которая вы¬
зывает внутреннюю эрозию.
10.5. Вымывание грунта
10.5.1. Общие положения
п. 10.5(1)Р Разрушение, вызванное вымыванием грунта, представляет собой
особую форму разрушения в результате внутренней эрозии, при
котором перенос составляющих грунта начинается с поверхности
грунта, после чего эрозия происходит до формирования канала от¬
вода воды в грунтовом массиве или между грунтом и фундамен¬
том, или же на поверхности раздела между связным и несвязным
326
Глава 10. Потеря несущей способности, вызванная гидравлическим выпором
грунтовым слоем. Разрушение происходит в момент, когда сторона
входа эродированного канала достигает дна пласта. Стандартная
ситуация, связанная с вымыванием грунта, показана на рис. 10.5.
В указанной ситуации вымывание грунта может начаться в котло¬
ване за дамбой; верхний водонепроницаемый слой дает трещину
в результате гидравлического поднятия, вызванного высоким ги¬
дравлическим градиентом; при этом силы фильтрации переносят
частицы грунта от подпочвенного слоя в котлован. Защищенный
верхним связным слоем канал формируется непрерывным пере¬
носом грунта. Поскольку канал развивается от вышестоящей точ¬
ки, гидравлический градиент в подпочвенном слое увеличивается,
ускоряя процесс вымывания грунта.
Пьезометрический уровень
уривепь виды ур- в водопроницаемошзодпочвенном слое
. Возможный канал \
. ■ ■ Возможное
Водопроницаемый подпочвенный атой углубление,
точка начала
образования канала
Рис. 10.5. Вымывание грунта ниже водонепроницаемой дамбы верхнего
слоя почвы
10.5.2. Расчет против разрушения, вызванного
вымыванием грунта
Большинство процедур, предназначенных для оценки степени
опасности, вызванной просачиванием воды под дамбой или под
конструкцией, основываются на общих или взвешенных гидрав¬
лических градиентах, при допущении наличия однородного грунта
(см. Блей, 1910 г.; Лейн, 1935 г.). Влияние наличия неоднородных
слоев не рассматривается. Вместе с тем большинство разрушений
из-за вымывания грунта вызваны неоднородностью грунта на по¬
верхности раздела между грунтом и конструкцией. Поэтому выше¬
указанные процедуры следует применять только для выполнения
исходных, приблизительных оценок.
Поскольку процедура проверки достаточности сопротивления
вымыванию грунта отсутствует, то Армбрустер и др. (1999 г.) пред¬
ложили процедуру косвенного расчета. Процедура основывается
на ряде последовательно выполняемых исследований, чтобы уста¬
новить невозможность переноса грунта или его частиц на поверх¬
ность. Если такая проверка возможна, тогда конструкция и грунт
будут считаться надежными относительно вымывания, хотя ча-
327
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
стицы грунта могут переноситься в пределах грунтового массива.
Это может привести к оседаниям, оказывающим отрицательное
воздействие на эксплуатационную пригодность, хотя катастрофи¬
ческое разрушение, вызванное вымыванием грунта, будет предот¬
вращено, поскольку переноса частиц грунта уже не будет.
Для обеспечения достаточной устойчивости против разрушения,
вызванного вымываем грунта, следует выполнить две проверки:
п. 10.5(4) • Если поверхность грунта носит горизонтальный характер, даже
при самых неблагоприятных условиях необходимо проверить,
имеется ли достаточная надежность против разрушения, вызван¬
ного гидравлическим поднятием (см. раздел 10.3 настоящего
Руководства). Если поверхность грунта наклонена, следует про¬
верить, имеет ли склон соответствующий уровень устойчивости,
учитывая силу фильтрации воды на нём (см. главу 11).
п. 10.4(1 )Р • Кроме того, далее следует проверить, имеет ли верхний слой
грунтовой поверхности достаточный уровень надежности про¬
тив внутренней эрозии (см. раздел 10.4 настоящего Руководства).
Поскольку грунт будет ослабевать из-за внутренней эрозии, её
воздействие надо предотвратить, потому что в слабой почве бы¬
стро развивается процесс вымывания.
Для обеих проверок необходимо определить сетку линий филь¬
трации или распределение гидравлического градиента в грунте.
На сетку оказывают влияние не только водопроницаемость грунта
и его возможная анизотропия, но и геометрические размеры кон¬
струкции, трехмерные эффекты, а также способ её строительства.
Поверхности раздела между грунтом и конструкцией зачастую
предпочитают пути фильтрации, вдоль которых вода может про¬
сачиваться без какого-либо сопротивления, поэтому в этих местах
гидравлический градиент снизится до нуля. По этой причине, перед
установлением сетки линий фильтрации, следует тщательно из¬
учить поверхности раздела с целью определить, предпочитают ли
они пути фильтрации и возможность вымывания грунта.
При проверке надежности против вымывания следует выпол¬
нить следующие этапы расчета:
• Первый этап. Необходимо определить место уже существующих
предпочитаемых путей фильтрации или путей, которые могут
развиться из-за отличительных особенностей грунта, размеров
конструкции или способов её строительства. Такие зоны или по¬
верхности раздела необходимо моделировать с помощью слоев
с высокой водопроницаемостью. Кроме того, необходимо опре¬
делить, работают ли соответствующим образом дренирующие
системы и системы уплотнения почвы.
• Второй этап. Определяется сетка линий фильтрации с учетом
гидравлических допущений и условий поверхности раздела,
328
Глава 10. Потеря несущей способности, вызванная гидравлическим выпором
установленных на первом этапе. Желательно, чтобы был вы¬
полнен анализ грунта методом конечных элементов, если осно¬
вание состоит из нескольких слоев разной водопроницаемости,
или в случаях, когда необходимо учесть трехмерные эффекты
конструкции. Возможно, возникнет необходимость выполнения
нескольких вычислений для определения наиболее неблагопри¬
ятных условий потока воды в грунте или вблизи конструкции.
• Третий этап. Места, где вода проступает на поверхность грун¬
та, необходимо исследовать. На склонах необходимо учитывать
силу просачивания подземных вод при проверке общей и мест¬
ной устойчивости. При необходимости надежность можно уве¬
личить путем добавления дренирующих слоев или путем вы-
полаживания склона. Если поверхность грунта горизонтальна,
необходимо проверить сопротивление разрушению, вызванному
гидравлическим поднятием. В таком случае надежность также
может быть увеличена путем добавления дренирующих слоев
на поверхность или путем предписывающих мер по увеличению
длины канала фильтрации.
• На последнем этапе расчетов необходимо проверить степень чув¬
ствительности грунта, а в особенности степень чувствительности
верхнего слоя почвы к внутренней эрозии. Если грунт не отвеча¬
ет требованиям критериев фильтрации, его необходимо заменить
или покрыть дренирующим слоем.
Глава 11
Общая устойчивость
В этой главе рассматривается общая устойчивость естественных
склонов, насыпей, выемок и удерживаемого грунта, а также пере¬
мещение грунта вокруг фундаментов, заложенных на наклонном
участке местности, вблизи выемок или берегов. Этот материал из¬
ложен в разделе 11 EN 1997-1. Порядок изложения материала в на¬
стоящей главе соответствует порядку изложения материала в раз¬
деле 77:
11.1. Общие положения
11.2. Предельные состояния
11.3. Воздействия и расчетные ситуации
11.4. Конструктивные и строительные
соображения
11.5. Расчет по предельному напряженному
состоянию
11.6. Расчет предельного состояния
по эксплуатационной пригодности
11.7. Мониторинг
11.1. Общие положения
Кроме положений, изложенных в разделе 17, вопросы общей устой¬
чивости рассматриваются в разделах 6—10 и 72, посвященных спе¬
циальным конструкциям.
11.2. Предельные состояния
Проверка общей устойчивости против разрушения должна пред¬
усматривать рассмотрение всех возможных предельных состояний.
Как правило, предельные состояния включают:
1. Критически предельные состояния (ULSs):
а) предельные состояния типа GEO, при которых происходит
потеря только несущей способности грунта, например, поте-
Пупкт 77.7
Пункт 11.2
Пункт 11.3
Пункт 11.4
Пункт 11.5
Пункт 11.6
Пункт 11.7
п. 11.1(2)
331
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
ря несущей способности естественного склона или дорожной
насыпи на пластичной глине;
б) предельные состояния типа STR, при которых происходит
общая потеря несущей способности грунта (или его значи¬
тельное перемещение) и некоторых элементов конструкции,
например, разрушение глубокой выемки, удерживаемой за-
анкеренной шпунтовой стеной, когда плоскость разрушения
проходит через анкерные крепления (или, что очень редко,
через шпунтовую сваю).
2. Предельные состояния по эксплуатационной пригодности (SLSs),
при которых происходит избыточное перемещение грунта (на¬
пример, перемещение грунта естественных или искусственных
склонов), вызванное сдвиговой деформацией и осадкой (напри¬
мер, удерживаемый грунт вблизи глубокой выемки), вибрацией
(например, уплотнение грунта, вызванное работой вибрирующей
техники) или поднятием и выпором опертой конструкции (на¬
пример, набухающая глина). Термин «избыточное перемещение»
предусматривает движение грунта, вызывающее потерю эксплуа¬
тационной пригодности или повреждение соседних конструкций,
дорог и инженерных сооружений.
Содержание методов расчета потери общей устойчивости по кри¬
тически предельным состояниям и предельным состояниям по экс¬
плуатационной пригодности излагается в разделах 11.5 и 11.6 соот¬
ветственно.
11.3. Воздействия и расчетные ситуации
Перечень возможных воздействий и ситуаций, возникающих при
п. 11.3(2)? геотехническом проектировании, дается в п. 2.42.4(Р). В п. 11.3(2)V
рассматриваются дополнительные соображения по проектированию,
применимые в основном к расчету общей устойчивости. Кроме того,
следует учитывать возможность ведения земляных работ в будущем,
которые могут вызвать потерю общей устойчивости.
При расчете критически предельных состояний следует рассма¬
тривать и учитывать наиболее неблагоприятные нагрузки, гидрав¬
лические факторы и параметры прочности грунта, которые могут
встретиться в определенных расчетных ситуациях. При расчете
предельных эксплуатационных ситуаций можно рассматривать ме¬
нее жесткие условия, в зависимости от ситуации.
11.4. Конструктивные и строительные
соображения
Проверка общей устойчивости должна выполняться в ходе про¬
ектирования с учетом сопоставимого опыта, согласно п. 15.2.2
332
Глава 11. Общая устойчивость
EN 1997-1. Если в результате проверки выясняется наличие не¬
устойчивости или неприемлемого перемещения грунта, площадка
должна считаться непригодной без принятия стабилизирующих
мер. В случае, если общая устойчивость грунта не определена
с уверенностью, то следует выполнить дополнительное исследо¬
вание, контроль и расчет согласно требованиям п. 11.7.
11.5. Расчет по предельному напряженному
состоянию
Общая устойчивость склонов (включая конструкции, существу¬
ющие на этих склонах, и конструкции, строительство которых за¬
планировано в будущем) должна проверяться по условиям всех
предельных состояний (GEO — потеря несущей способности грун¬
та и STR — потеря несущей способности конструкции) с примене¬
нием расчетных значений воздействий, параметров материала и его
крепости. Частные коэффициенты берутся из табл. АЗ, АЛ и А.14
EN 1997-1 {Приложение А).
Проверка устойчивости по условию критически предельного со¬
стояния выполняется одним из указанных ниже способов:
1. Методы «предполагаемой поверхности скольжения». Эти мето¬
ды реализуются в числовом виде, посредством «методов среза»
(как правило, срез составляющих грунта) или методов клина
(скалы и скальные породы). Наиболее употребительным для
оценки общей устойчивости считаются методы «предполагаемой
поверхности разрушения».
2. Методы анализа предельных состояний. Такие методы расчета
дают приблизительные решения, полученные методом нижней
и верхней границы, когда наступление потери устойчивости
определяется с запасом или без него. Имеющиеся аналитические
решения ограничены простыми геометрическими ситуациями,
такими как вертикальные зарубки или бесконечные склоны.
3. Современные числовые методы (например, метод конечных эле¬
ментов). Такие методы считаются более универсальными для про¬
верки общей устойчивости по сравнению с методами «предпола¬
гаемой поверхности разрушения» и методами анализа предельных
состояний. Они наиболее подходят для рассмотрения случаев,
когда потеря устойчивости вызывается потерей несущей способ¬
ности и элементами конструкции, и грунтом (поверхности разру¬
шения, пересекающие гибкие стены, сваи, грунтовые анкера или
стержни). В таких случаях взаимодействие грунта с конструкци¬
ей должно рассматриваться с учетом разницы их относительной
жесткости. Такие взаимодействия определяются более точно с по¬
мощью числовых методов, предусматривающих анализ деформа-
п. 11.7
п. 11.5.1(1)Р
п. 11.5.2
п. 11.5.3
п. 11.5.1(4)
п. 11.5.1(11)Р
333
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
ции, но не упрощенные анализы расчета критически предельных
состояний. Современные числовые модели, кроме того, обеспечи¬
вают мобилизацию различных частей прочности грунта и элемен¬
та конструкции для конкретного перемещения. Фактически это
означает необходимость предположения, что максимальная проч¬
ность грунта и максимальное сопротивление элемента конструк¬
ции наступают одновременно.
Методы «предполагаемой поверхности скольжения» и методы
анализа предельных состояний представляют собой упрощенные
методы, не отвечающие одновременно условиям равновесия вну¬
тренних сил и совместимости деформации; в них преимущество да¬
ется критериям потери несущей способности (как правило, работы
Мора — Кулона). Современные числовые методы (например, клас¬
сические методы конечных элементов) отвечают обоим условиям
в общем (хотя и не по всем вопросам), но их сложно применять.
Согласно методам «предполагаемой поверхности скольжения»,
место потенциальной поверхности скольжения предполагается,
а масса грунта, ограниченная этой поверхностью, рассматривает¬
ся в виде твердого тела или нескольких твердых тел, перемещаю¬
щихся одновременно. Поверхности разрушения и границ раздела
между указанными твердыми телами могут быть разной формы,
пп. 11.5.1(5)- включая плоские, круглые или более сложные формы. Форму
11.5.1(9) предполагаемой поверхности скольжения можно выбрать по сле¬
дующим рекомендациям:
• Как правило, при рассмотрении относительно однородных и изо¬
тропных составляющих грунта используются круглоцилиндри¬
ческие поверхности скольжения.
• При рассмотрении многослойных или анизотропных грунтов со
значительными изменениями прочности, поверхности скольже¬
ния обычно повторяют слои или направления с наиболее низкой
прочностью при сдвиге.
• Для трещиноватой скальной породы или для сильно расколо¬
тых жестких грунтов форма поверхности скольжения обуслав¬
ливается разрывами. В таких случаях принимается трехмерная
клиновидная поверхность скольжения. Устойчивость склонов
и вырубок в скальной породе следует проверять относительно
поступательного и вращательного характера разрушений, вклю¬
чающих в себя разрушения скальных блоков или больших скаль¬
ных массивов, а также относительно обрушения, опрокидывания
и сползания. Особое внимание необходимо обратить на гидрав¬
лическое давление, вызванное ограниченной фильтрацией воды
в плоскостях соприкосновения и в трещинах.
• Для склонов с уже существующими поверхностями скольжения,
которые могут восстановиться, предполагаемая поверхность
334
Глава 11. Общая устойчивость
скольжения должна максимально соответствовать размерам су¬
ществующей поверхности скольжения, которая может не иметь
круглую форму Если поверхность скольжения значительно от¬
клоняется от геометрии плоской деформации, возможно, потре¬
буется выполнить расчет трехмерной поверхности скольжения.
В методах «предполагаемой поверхности скольжения» устой¬
чивость проверяется путем деления сползающей массы грунта на
ряд вертикальных срезов и проверкой равновесия отдельно по каж¬
дому срезу Различные предположения делаются по направлению
межсрезовых сил, приводящих к разным числовым моделям (на¬
пример, Феллениус, Бишоп, Спенсер и Моргенштерн — Прайс).
В п. 11.5.1(10) говорится, что, если горизонтальное равновесие
не проверяется, межсрезовые силы необходимо считать горизон¬
тальными (метод Бишопа).
Используя указанные выше методы, проверка общей устойчиво¬
сти может выполняться согласно указанному ниже порядку:
1. Геометрическая модель устанавливается с учетом внешней на¬
грузки, разбивки грунта на слои и гидрогеологических условий.
2. Вид анализа устойчивости недренированного или дренирован¬
ного грунта выбирается согласно правилам механики грунтов,
в зависимости от размеров, типа грунта и предполагаемого срока
службы конструкции, по сравнению со временем, необходимым
для дренирования грунта. Обычно анализы недренированного
грунта являются критическими в случаях, предусматривающих
нагружение пластичных глин (например, возведение насыпи или
конструкции на вершине естественного склона), в то время как
анализы дренированного грунта предусматривают снятие нагруз¬
ки с плотных глин (например, в глубоких выемках). В случаях,
когда результаты обоих анализов сомнительны, следует выпол¬
нить анализы и дренированного, и недренированного грунта.
Устойчивость недренированного грунта проверяют, используя
условия действительного напряжения или общего напряжения.
Если пьезометрические данные разбросаны или недостоверны,
то рекомендуются условия общего напряжения с соответствую¬
щей начальной прочностью на сдвиг недренированного грунта
(си). Если получены надежные пьезометрические данные, то мо¬
гут использоваться условия действительного напряжения с соот¬
ветствующими действительными параметрами (с’, <р’) прочности
на сдвиг.
Анализы устойчивости дренированного грунта должны всег¬
да выполняться с действительными условиями напряжения
и с установившимися пьезометрическими уровнями.
3. Выбираются соответствующие характеристические значения па¬
раметров прочности грунта.
п. 11.5.1(10)
335
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
Для случаев «первая форма потери несущей способности» па¬
раметры выбираются с учетом сочетаемости деформирования
грунта вдоль поверхности разрушения. Это особенно важно,
когда поверхность разрушения пересекает материалы с замет¬
ной разницей по жесткости и прочности (например, пластичная
глина и плотный песок). В простых случаях, когда рассматрива¬
ются относительно однородные почвы, возможно, будет уместно
использовать максимальные параметры прочности или, в неко¬
торых случаях, более низкие значения, которые соответствуют
прочности на сдвиг после разрушения (постпиковая горизон¬
тальная часть кривой напряжение-деформация), но выше оста¬
точных значений, соответствующих значительному относитель¬
ному сдвигу вдоль плоскости разрушения.
Когда рассматривается повторная активация ранее существую¬
щей поверхности разрушения, возможно, что более подходящим
будет значение остаточной прочности на сдвиг (или значение,
в некоторой степени, выше). В таких случаях предпочитается,
чтобы параметры прочности на сдвиг выбирались бы по резуль¬
татам ретроспективного анализа.
п. 11.5.1(12) В п. 11.5.1(12) говорится, что, поскольку различие между благо¬
приятными и неблагоприятными нагрузками от собственного
веса определить невозможно для оценки наиболее неблагопри¬
ятной поверхности оползания, то любую неопределенность от¬
носительно удельного веса грунта можно найти применением
верхних и нижних характеристических значений, выполнив от¬
дельный расчет.
4. Один из трех подходов к проектированию, изложенных в главе
2 настоящего Руководства, а также в Приложении В EN 1997-1,
утверждается согласно Национальному приложению, применя¬
емому в стране возведения конструкции.
Хотя в EN 1997-1 это четко не определено, подход к проектиро¬
ванию 1 (DA-1), сочетание 2, считается рекомендуемым методом
проверки общей устойчивости, когда грунт является основным
элементом, обеспечивающим сопротивление (т.е. при предель¬
ных состояниях по потере несущей способности грунта); в таких
случаях сочетание 1 для расчета не подходит.
Зачастую представляется трудным рассмотрение с помощью
подхода к проектированию 2 (DA-2) (и DA-1, сочетание 1, если
уместно) постоянных воздействий, обусловленных собствен¬
ным весом и наличием воды, поскольку такие нагрузки счи¬
таются неблагоприятными (т.е. они способствуют развитию
положительного опрокидывающего момента) в части оползаю¬
щих масс, но благоприятными (т.е. они способствуют развитию
отрицательного опрокидывающего момента) в другой части.
336
Глава 11. Общая устойчивость
Поскольку граница между двумя частями изменяется вместе с
изменением расположения точки, по которой проверяется рав¬
новесие моментов, то зачастую бывает трудно подобрать соот¬
ветствующие частные коэффициенты для постоянных воздей¬
ствий такого рода. И наконец, следует учитывать, что частные
коэффициенты воздействий, обусловленных собственным ве¬
сом и наличием воды, не аналогичны частным коэффициентам
удельного веса уу (которые равны единице, см. табл. А.4 в При¬
ложения А к EN 1997-1).
Авторы работы рекомендуют указанную ниже процедуру выбора
частных коэффициентов воздействий для подхода к проектиро¬
ванию 2 (DA-2) (и DA-1, сочетание 1, если уместно):
а) частные коэффициенты для всех постоянных воздействий
(благоприятных и неблагоприятных), как конструкционных,
так и геотехнических, предусматривающих нагрузку от соб¬
ственного веса, обусловленную грунтом и водой, устанавли¬
ваются равными единице (вместо yG = 1,35, как рекомендуется
в табл. АЗ EN 1997-1 для неблагоприятных воздействий);
б) частные коэффициенты переменных неблагоприятных воз¬
действий (например, нагрузка от транспортных средств, при¬
лагаемых на вершине склона) устанавливаются равными
Yq= 1,50/1,35= 1,11 (вместо 1,5, как рекомендуется в табл.А.З).
Частный коэффициент благоприятных воздействий устанав¬
ливается равным нулю, как обычно (см. табл. АЗ);
в) отсутствующий частный коэффициент (yG = 1,35) учитывает¬
ся в конце расчетов, как это изложено в пп. 5 и 6 ниже.
Согласно DA-1, сочетание 2, и DA-3, частные коэффициенты гео¬
технических воздействий берутся из комплекта А2 табл. АЗ, как
обычно.
Частные коэффициенты параметров прочности грунта выбира¬
ются из табл. А.4 EN 1997-1. В п. 11.5.1(8) говорится, что в слу¬
чае, когда склоны с ранее существующими поверхностями раз¬
рушения изучаются на предмет возможной активации, вызыва¬
ющей потерю устойчивости, то частные коэффициенты, обычно
применяемые для расчетов общей устойчивости, могут оказаться
неприемлемыми. Смысл содержания этого пункта заключается
в следующем:
а) частные коэффициенты, равные единице (yF = ум = yRe =1), при¬
меняются для определения параметров прочности грунта вдоль
существующих ранее поверхностей разрушения с помощью ре¬
троспективного анализа, поскольку предполагается критически
предельное состояние, а цель заключается в определении факти¬
ческого среднего значения мобилизованной прочности на сдвиг
вдоль «известной» поверхности разрушения;
п. 11.5.1(12)
337
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
б) уровень доверительности параметрам прочности на сдвиг, опре¬
деленный с помощью ретроспективного анализа, выше обыч¬
ного (например, по сравнению с уровнем доверительности при
обычных вариантах, когда параметры прочности на сдвиг опре¬
деляются в лабораторных или полевых условиях), поскольку
объем исследуемого грунта значительно больше. Следователь¬
но, низкие значения частных коэффициентов параметров проч¬
ности грунта (ум)> по сравнению с такими же параметрами, при¬
веденными в Приложении A EN 1997-1, могут быть применимы
для выполнения ряда последовательных проверок потенциаль¬
ной повторной активации потери устойчивости склона, после
принятия стабилизирующих мер (например, после снижения
уровня подземных вод).
5. Общая устойчивость проверяется согласно принятому подходу
к проектированию с применением частных коэффициентов воз¬
действий и параметров прочности грунта, с помощью любого из
приведенных методов расчета (метод «предполагаемой поверх¬
ности скольжения», анализ предельных условий или современ¬
ный численный метод).
Если результаты воздействий, вызывающих потерю устойчиво¬
сти, и соответствующие сопротивления рассчитываются отдель¬
но, то общая устойчивость проверяется с помощью выражения
(25) EN 1997-1 (Ed < Rd ), где Ed — расчетное значение результа¬
тов воздействий, вызывающих потерю устойчивости (например,
опрокидывающий момент оползающих масс), a Rd — расчетное
значение соответствующего сопротивления (например, момент
соответствующего сопротивления сдвигу вдоль предполагае¬
мой поверхности разрушения). В подходе к проектированию 2
(DA-2) (и DA-1, сочетание 1, если уместно) требуется учитывать
отсутствующий частный коэффициент постоянных неблагопри¬
ятных воздействий (yG = 1,35 — см. п. 4 выше) с помощью пре¬
образованного выражения: уqE < Rd, где Е — значение результата
воздействий, вычисленного с помощью частных коэффициентов
воздействий согласно рекомендациям п. 4, приведенного выше.
6. Многие современные компьютерные программы не обеспечи¬
вают отдельного получения значений результатов воздействий,
вызывающих потерю устойчивости Е, и соответствующих сопро¬
тивлений R; вместо этого программы выдают отношение этих
значений (коэффициент F= R/E), представляющее собой «общий
коэффициент надежности». В таких случаях общая устойчивость
проверяется согласно следующей процедуре с помощью «общего
коэффициента надежности» F и вспомогательного коэффициента,
называемого коэффициентом избыточного проектирования, со¬
держание которого раскрывается ниже.
338
Глава 11. Общая устойчивость
В методе «предполагаемой поверхности скольжения» и ана¬
лизе предельных условий коэффициент F определяется непо¬
средственно (в виде общего коэффициента надежности) путем
анализа с применением воздействий и параметров прочности
грунта, увязанных коэффициентами, как указано в п. 4. Коэф¬
фициент избыточного проектирования определяется в зависи¬
мости от F, согласно параграфам 1(f) и 11(f), приведенным ниже.
В современных численных методах (например, метод конечных
элементов) коэффициент F и коэффициент избыточного проек¬
тирования, как правило, определяются с помощью процедуры
«снижения прочности» (или снижения ср-с), изложенной ниже:
I. Метод применения DA-1, сочетание 1, DA-2, DA-1, сочетание 2,
и DA-3, когда к параметрам грунта применены коэффициенты
(частные коэффициенты ум) в начале расчета:
а) на каждом этапе строительства, когда общая устойчивость
проверена, выполняется анализ числовой модели с помощью
соответствующих расчетных значений параметров прочности
грунта (c’d, cpd). Значение смещенияDd «контрольнойточки»
определяется в качестве контрольного значения. Такая «кон¬
трольная точка» может находиться в центре вершины насыпи,
на границе вершины склона или подпорной стены, посереди¬
не фундамента конструкции и т.п.;
б) параметры прочности грунта уменьшаются (или увеличива¬
ются, периодически) применением к ним коэффициента/> 1
(или /< 1, периодически):
c’dF = c’d // (p’dF = arctg(tg(p’d /У);
в) модель повторно анализируется с помощью новых значений
параметров прочности грунта (c’dF, (pdF), после чего определя¬
ется новое значение смещения Z)kF;
г) такая процедура выполняется с разными значениями lf до мо¬
мента, когда значение смещения DdF станет заметно больше;
д) вычисленные значения DdF наносятся на график в зависи¬
мости от lf. Требуемый коэффициент F представляет собой
значение lf (т.е. F = f) в точке, располагаемой по длине кри¬
вой, с которой вычисленное значение смещения DdF начинает
быстро увеличиваться, показывая тем самым, что разрушение
неминуемо;
е) коэффициент избыточного проектирования (ODF) определя¬
ется по формуле
ODF = F/yG yRe,
где yG — частный коэффициент постоянных неблагоприятных
воздействий, указанный в табл. АЗ EN 1997-1. Рекомендуе¬
мыми значениями этого коэффициента являются: yG = 1,35
339
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
согласно DA-2 и DA-1, сочетание 1, и уг = 1,00 согласно DA-1,
сочетание 2, и DA-3; yRe — частный коэффициент сопротив¬
ления для склонов и общей устойчивости, указанный в табл.
А.14 EN 1997-1. Рекомендуемыми значениями этого коэффи¬
циента являются: yRe = 1,00 согласно DA-1 и DA-3, и yRe = 1,10
согласно DA-2.
Деление Ена частные коэффициенты yG и yRe необходимо, потому
что эти коэффициенты не применялись в расчете F. А именно де¬
ление F на yG = 1,35 в DA-2 и DA-1, сочетание 1, имеет цель учесть
«отсутствующий» частный коэффициент неблагоприятных посто¬
янных воздействий (см. п. 4 выше).
Основываясь на значениях уг и yRe, рекомендуемых в Прило¬
жении A EN 1997-1, коэффициент избыточного проектирования
(ODF) связан с коэффициентом Fследующим образом:
DA-2: ODF = Е/(1,35 х 1,10) -> ODF = Е/1,485;
DA-3 и DA-1, сочетание 2: ODF = Е;
DA-1, сочетание 1 (когда применимо): ODF = Е/1,35.
II. Метод применения DA-1, сочетание 2, и DA-3, когда расчеты вы¬
полняются с помощью характеристических значений параметров
грунта, а частные коэффициенты (ум) применяются в конце:
а) на каждом этапе строительства, когда общая устойчивость
проверена, выполняется анализ числовой модели с помощью
характеристических значений параметров прочности грун¬
та (с’к, ф’к ). Значение смещения Dd «контрольной точки»
определяется в качестве контрольного значения. Такая «кон¬
трольная точка» может находиться в центре вершины насыпи,
на границе вершины склона или подпорной стены, посереди¬
не фундамента конструкции и т.п.;
б) параметры прочности грунта уменьшаются применением
к ним коэффициента /> 1:
c’kF = c’k// <p’kF = arctg(tg((p’k//);
в) модель повторно анализируется с помощью новых значений
параметров прочности грунта(с’кР, ф’кР), после чего определя¬
ется новое значение смещения £>кР;
г) такая процедура выполняется с разными значениями / до мо¬
мента, когда значение смещения £>dP станет заметно больше;
д) Вычисленные значения £>dP наносятся на график в зависимо¬
сти от /. Коэффициент F определяется с помощью уравнения
F = //ум, где ум — частный коэффициент параметров прочно¬
сти грунта, а / — значение в точке, располагаемой по длине
кривой, с которой вычисленное значение смещения DdF начи¬
нает быстро увеличиваться, показывая тем самым, что разру¬
340
Глава 11. Общая устойчивость
шение неминуемо. Причина деления на ум заключается в том,
что цель коэффициента F — обеспечить запас надежности
сверх запаса надежности, определенного расчетными значе¬
ниями параметров прочности на сдвиг;
е) коэффициент избыточного проектирования (ODF) определя¬
ется по формуле ODF = F.
Указанные методы расчета (I и II) процедуры «снижения проч¬
ности» не обеспечивают получение одинаковых значений коэффи¬
циента избыточного проектирования (ODF), если отношение на¬
пряжение-деформация грунта (используется в численном методе)
зависит от траектории напряжений, а последовательность выполне¬
ния строительных операций предусматривает нелинейную траек¬
торию нагружения (например, если недренированное нагружение
влечет за собой уплотнение или нагружение влечет за собой раз-
гружение).
Во всех указанных методах расчета значение коэффициента из¬
быточного проектирования, равное единице, показывает, что общая
устойчивость абсолютно отвечает требованиям, а именно запас на¬
дежности точно отвечает требованиям, определенным EN 1997-1.
Коэффициент избыточного проектирования ODF > 1 указывает,
что имеющийся запас надежности превосходит уровень, требуемый
EN 1997-1, однако ODF < 1 подразумевает недостаточную надеж¬
ность конструкции (в этом случае разрушение конструкции может
и не произойти, поскольку, возможно, некоторый запас надежности
будет обеспечен, но согласно EN 1997-1 он считается недостаточ¬
ным). Фактически требование, предусматривающее ODF > 1, со¬
ответствует требованию к общей устойчивости, изложенному в EN
1997-1 (Ed < Rd, выражение (2.5)), поскольку:
а) в DA-1, сочетание 1, и DA-2:
YG-^k ^-^к/YRe —> (-Rk/-Ek)/YGYRe^ 1 R/Yg YRe - ODF > 1;
б) в DA-1, сочетание, 2 и DA-3:
Rd /Rd ^ 1 —> F> 1 —» F/(l x 1) > 1 —» F/yGyRe ее ODF > 1.
Сравнение с расчетами, предусматривающими применение об¬
щего коэффициента надежности (OFS)
Исходя из приведенных выше обсуждений и используя значе¬
ния частных коэффициентов, рекомендуемых Приложением А
EN 1997-1, отмечается, что проверка общей устойчивости соглас¬
но трем подходам к проектированию, относящимся к Еврокоду 7,
часть 1 (т.е. требование Ed < Rd или эквивалентно ODF =1), соот¬
ветствует следующим значениям общего коэффициента надежно¬
сти (OFS) при типовом расчете, по крайней мере, в случаях, пред¬
усматривающих круглоцилиндрические поверхности скольжения
и отсутствие переменных нагрузок:
341
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
• DA-1, сочетание 2, и DA-3:
OFS = ум = 1,25 (расчет устойчивости, эффективное напряже¬
ние);
OFS = ум = 1,40 (расчет устойчивости, общее напряжение).
• DA-1, сочетание 1 (если применимо):
OFS = yG = 1,35.
• DA-2:
OFS = YGyRe = 1,35 x 1,10= 1,485.
Приведенные выше заключения указывают на то, что со значе¬
ниями, рекомендуемыми Приложением A EN 1997-1, DA-2 пред¬
ставляется наиболее консервативным подходом, в то время как
DA-1 и DA-3 дают аналогичные результаты по решению стандарт¬
ных проблем. Равноценность результатов трех подходов к проек¬
тированию можно достичь или путем изменения значения частно¬
го коэффициента сопротивления yRe для склонов и общей устой¬
чивости, указанных в табл. АЗ EN 1997-1, или путем введения
«коэффициента моделирования» (согласно принципам EN 1990).
Например, если частный коэффициент сопротивления для скло¬
нов и общей устойчивости в DA-2 изменяется до yRe = 1,0, то экви¬
валентное значение общего коэффициента надежности уменьшит¬
ся до OFS = 1,35.
В примере 11.1 рассматривается проверка общей потери устой¬
чивости выемки, сделанной в плотной глине, используя метод
«предполагаемой поверхности скольжения»
11.6. Расчет предельного состояния
по эксплуатационной пригодности
п. 11.6(1)Р Расчет предельного состояния по эксплуатационной пригодно¬
сти должен показать, что степень деформирования грунта при
расчетных воздействиях и расчетных параметрах составляющих
грунта, при частных коэффициентах, равных единице, не превы¬
сит значений, предъявляемых к эксплуатационному состоянию
конструкции и инфраструктуры, расположенной на этом грунте
или вблизи него.
Оценка деформирования грунта может выполняться аналити¬
ческими (обычно для решения простых проблем) и численными
методами, такими как методы конечных элементов. Для расчета
п. 11.6(3) естественных склонов п. 11.6(3) рекомендует следующее: посколь¬
ку указанные методы не обеспечивают, как правило, надежного
прогноза деформации грунта, то следует обойти наступление пре¬
дельного эксплуатационного состояния или путем ограничения
342
Глава 11. Общая устойчивость
мобилизованной прочности при сдвиге, или путем мониторинга
перемещения грунта и определением процедур, обеспечивающих
уменьшение или предотвращение этих перемещений, при необхо¬
димости.
11.7. Мониторинг
В п. 11.7 указаны условия, при которых необходимо производить п. 11.7
мониторинг, а также цели системы мониторинга относительно обе¬
спечения общей устойчивости
Пример 11.1: общая устойчивость выемки, сделанной
в плотной глине
В этом примере рассматривается проверка общей устойчи¬
вости выемки, сделанной в плотной, переуплотненной глине
(рис. 11.1); высота Н = 10 м, крутизна склона 1:2 (угол накло¬
на относительно горизонтали р = 26,6°). Здание, оказывающее
равномерное давление, имеющее характеристическое значение
gk = 35 кПа (постоянное неблагоприятное воздействие), распо¬
ложено в 2 м от края склона. Начальный, постоянный уровень
грунтовых вод располагался на глубине d = 3 м ниже естествен¬
ного уровня грунта (т.е. перед выполнением земляных работ).
Предполагается, что в результате земляных работ уровень грун¬
товых вод постепенно понизится и в конечном счете достигнет
уровня, показанного на рис. 11.1.
Поскольку разгружение плотной, переуплотненной глины
представляется основной расчетной ситуацией, при которой
происходит разрушение (в данном примере), то наиболее кри¬
тичным является потеря устойчивости дренированного грунта.
Следовательно, расчет устойчивости выполняется с примене¬
нием параметров прочности грунта относительно эффективно¬
го напряжения (с’, ср’) совместно со значением установившихся
пьезометрических уровней, соответствующих уровню грунто¬
вых вод, показанному на рис. 11.1. Поскольку «первая» поте¬
ря несущей способности уже определена, то будут применены
параметры прочности грунта в некоторой степени ниже макси¬
мальных значений. Характеристическими значениями параме¬
тров грунта являются:
• Удельный вес насыщенного грунта: ук = 20 кН/м3.
• Эффективный угол сопротивления сдвигу: ср’к= 28°.
• Эффективное сцепление: с\ = 10 кПа.
343
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
2М I ЮМ
—k
Рис. 11.1. Геометрические размеры выемки в плотной глине
Анализ общей устойчивости по условиям критически пре¬
дельного состояния выполнен с помощью метода срезов Би¬
шопа. Метод круглоцилиндрических поверхностей Бишопа
относится к методам «предполагаемой поверхности скольже¬
ния»; этим методом изучаются круглые потенциальные по¬
верхности разрушения. Компьютерная программа проверяет
множество потенциальных поверхностей разрушения круглой
формы (в данном случае несколько тысяч) и выдает мини¬
мальное значение F и соответствующее значение круглой по¬
верхности.
Проверка устойчивости выполняется по всем трем подходам
к проектированию EN 1997-1 и по стандартному методу общего
коэффициента надежности (OFS).
DA-1, сочетание 1, официально требуемое EN 1997-1, не от¬
носится к данному случаю, поскольку:
1) прочность конструкции не обеспечивает сопротивление
против общей потери устойчивости;
2) потеря несущей способности обуславливается больше нео¬
пределенностью прочности грунта, а не неопределенностью
воздействий (см. раздел 11.5 выше).
Если тем не менее анализ выполнен согласно DA-1, сочета¬
ние 1, тогда:
1) расчетное значение результата воздействий определяется
применением частного коэффициента 1,35 к соответствую¬
щему характеристическому значению;
2) расчетное значение сопротивления сдвигу вдоль поверхно¬
сти разрушения определяется применением частного коэф¬
фициента прочности материала, равного 1,0, к соответству¬
ющему характеристическому значению.
Анализ выемки по предельному эксплуатационному состоя¬
нию не выполняется для упрощения расчета. Для выполнения
такого анализа требуется определение степени деформаций
344
Глава 11. Общая устойчивость
грунта, вызванных земляными работами, и оценка результа¬
тов их воздействий (с помощью численных методов, например
метод конечных элементов) на здание, расположенное наверху
склона
Частные коэффициенты воздействий определяются, исходя
из рекомендаций, изложенных в разделе 11.5. Характеристи¬
ческие и расчетные значения воздействий, а также параметры
прочности грунта приведены в табл. 11.1.
Таблица 11.1
Характеристические и расчетные значения воздействий
и параметры прочности грунта
DA-1,
сочетание 2*
DA-2
DA-3
Метод
общ. коэф.
надежности
Характеристическое
значение удельного
веса грунта, кН/м3
20
20
20
20
Характеристическое
значение веса воды,
кН/м3
10
10
10
10
Характеристическое
значение дополни¬
тельной нагрузки на
поверхность(посто¬
янное неблагопри¬
ятное), кПа
35
35
35
35
Частные коэффици¬
енты воздействий:
Дополнительная
нагрузка на поверх¬
ность, yG
1,00
1,00**
1,00
1,00
Собственный вес
постоянное(небла¬
гоприятное), yG
1,00
1,00**
1,00
1,00
Расчетное значение
удельного веса грун¬
та, кН/м3
20
20
20
20
Расчетное значение
удельного веса воды,
кН/м3
10
10
10
10
Расчетное значение
дополнительной
нагрузки на поверх¬
ность, &=Yg&,
кПа
35
35
35
35
345
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
Окончание табл. 11.1
DA-1,
сочетание 2*
DA-2
DA-3
Метод
общ. коэф.
надежности
Характеристическое
значение угла со¬
противления сдвигу,
ф’ О
28
28
28
28
Характеристическое
значение сцепления,
с’, кПа
10
10
10
10
Частные коэффи¬
циенты параметров
прочности грунта, ум
1,25
1,00
1,25
1,00
Расчетное значение
угла сопротивления
сдвигу, ф’ (°)
23
28
23
28
Расчетное значение
сцепления, с’, кПа
8
10
8
10
Частный коэффици¬
ент сопротивления
грунта,yRe
1,00
1,00
1,00
1,00
* К этому случаю сочетание 1 не относится.
** Скорректированные коэффициенты. См. раздел 11.5 (п. 4) настоя¬
щего Руководства.
На рис. 11.2 показана критическая поверхность разрушения
и минимальное значение F, определенное для DA-2. Коэффици¬
ент избыточного проектирования (ODF) равен:
ODF = F/yG yRc= 1,494/(1,35 х 1,1) = 1,006* 1,00,
т.е. надежность относительно потери общей устойчивости точно
соответствует требованиям (склон рассчитан без избыточного
запаса прочности). В данном примере результат расчета, соглас¬
но типовому методу общего коэффициента надежности, анало¬
гичен результату расчета, выполненного по DA-2, поскольку все
частные коэффициенты равны единице. Следует иметь в виду,
что при наличии переменных неблагоприятных воздействий (на¬
пример, переменные нагрузки на поверхность вершины склона),
согласно DA-2, к ним применяется частный коэффициент
yQ= 1,50/1,35 = 1,11,
поэтому результаты расчета по DA-2 и методом общего коэффи¬
циента будут в некоторой степени отличаться.
346
Глава 11. Общая устойчивость
Рис. 11.2. Подход к проектированию 2: вычисленное минимальное
значение F составляет 1,494
Рис. 11.3. Подходы к проектированию DA-1, сочетание 2, и DA-3:
вычисленное минимальное значение F составляет 1,193
На рис. 11.3 показана критическая поверхность разрушения и
минимальное значение F, определенное для DA-1, сочетание 2,
и для DA-3. Как отмечено выше, сочетание 1 подхода к проек¬
тированию DA-1 к данному случаю не подходит. Коэффициент
избыточного проектирования ODF равен:
ODF = F/yG yRe = 1,193/(1,0 х 1,0) = 1,193 > 1,00,
347
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
т.е. степень надежности относительно потери общей устойчи¬
вости — более чем достаточная (избыточный запас прочности
склона составляет около 19 %).
В табл. 11.2 приводятся результаты расчетов общей устойчи¬
вости по всем подходам к проектированию и по методу расчета
с помощью общего коэффициента надежности.
Таблица 11.2
Результаты расчетов общей устойчивости
DA-1,
сочетание 2*
DA-2
DA-3
Метод
общ. коэф.
надежности
Коэффициент
избыточного про¬
ектирования, опре¬
деленный для общей
устойчивости
1,193
1,00
1,193
1,00*
* В методе расчета с применением общего коэффициента надежности
(OFS) требуемое минимальное значение коэффициента OFS считается
равным OFSmin = 1,50, хотя более низкие значения (OFSmin = 1,30...1,40)
нередко применяются для расчетов дренированного грунта. Следова¬
тельно, эквивалентное значение общего коэффициента надежности для
обычного проектирования составляет: ODF = F/OFSmin = 1,494/1,50 = 1,00
Результаты приведенных выше расчетов показывают, что:
1. Результаты расчетов согласно DA-1 и DA-3 идентичны, как и
предполагалось (см. обсуждение этого вопроса в разделе 11.5).
2. В отношении значений частных коэффициентов, рекоменду¬
емых Приложением A EN 1997-1, следует отметить, что DA-2
практически эквивалентен методу расчета с помощью общего
коэффициента надежности (OFSmin = 1,50) и считается наи¬
более консервативным из всех подходов к проектированию,
установленных EN 1997-1.
Указанные расчеты применимы ко всем расчетам устойчиво¬
сти, т.е. не только к расчетам для данного примера, поскольку они
обуславливаются выбором частных коэффициентов воздействий
и сопротивлений. Например, если изменить частный коэффици¬
ент сопротивления в DA-2 на yRe =1,0 (вместо 1,1), то коэффици¬
ент избыточного проектирования ODF приобретет вид
ODF = E/yGyRe= 1,494/(1,35 х 1,0) = 1,11,
(вместо 1,00), приближая результат расчета DA-2 к результатам
расчета DA-1 и DA-3. Отмечено, что выбор yRe =1,0 (вместо 1,1)
в DA-2 эквивалентен требующемуся OFSmin = 1,35 (вместо
1,35 х 1,1 = 1,485).
348
глава 12
Насыпи
В этой главе рассматриваются требования к проектированию на¬
сыпей небольших дамб и элементов их инфраструктуры, таких как
дороги и железнодорожные насыпи. Этот материал изложен в раз¬
деле 12 EN 1997-1. Порядок изложения материала в настоящей гла¬
ве соответствует порядку изложения материала в разделе 12:
12.1. Общие положения Пункт 12.1
12.2. Предельные состояния Пункт 12.2
12.3. Воздействия и расчетные ситуации Пункт 123
12.4. Конструктивные и строительные соображения Пункт 12.4
12.5. Расчет по предельному напряженному Пункт 12.5
состоянию
12.6. Расчет по условиям предельного состояния Пункт 12.6
по эксплуатационной пригодности
12.7. Надзор и мониторинг Пункт 12.7
Требования к проектированию насыпей тесно связаны с тре¬
бованиями, предъявляемыми к устройству насыпей и обеспече¬
нию их общей устойчивости. Поэтому основные ссылки делаются
на раздел 5, в котором рассматривается устройство насыпей, дрени¬
рование грунта, улучшение свойств грунта и его укрепление, кроме
того, ссылки делаются на раздел 11, рассматривающий вопросы обе¬
спечения общей устойчивости.
Обращаем внимание читателей, знакомых с версией ENV Евро¬
кода 7, часть 1, на то, что в этой версии имеется раздел, излагающий
вопросы устройства насыпей и склонов (раздел 9). Во время иссле¬
дования материалов, относящихся к версии ENV, стало очевидно,
что объединять рассмотрение насыпей и склонов в одном разделе
нецелесообразно. При разработке текущей версии EN Еврокода 7,
часть 1, было решено излагать указанные вопросы в отдельных
349
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
разделах и переименовать раздел, рассматривающий требования
к склонам, в «Общая устойчивость».
12.1. Общие положения
п. 12.1( 1)Р Раздел 12 относится к проектированию насыпей небольших дамб
и элементов их инфраструктуры. В EN 1997-1 не дается определе¬
ние термину «небольшой». Поскольку в Еврокоде 7, часть 1, рассма¬
триваются, в основном, вопросы проектирования геотехнических
конструкций категории 2, возможно, будет уместно предположить,
что термин «небольшие дамбы» предусматривает дамбы (и насыпи
инфраструктур) высотой до 10 м.
12.2. Предельные состояния
Различные предельные состояния, обязательные для рассмотре-
п. 12.2(2) ния в ходе проектирования насыпей, приведены в п. 12.2(2) в виде
перечня контрольных операций. Следует отметить, что в этот пере¬
чень включены предельные состояния, затрагивающие прилегаю¬
щие конструкции, дороги и инженерные системы. Исследование
возможного неблагоприятного влияния насыпей на соседние кон¬
струкции, дороги и системы отражено в статьях раздела 12, посвя¬
щенного вопросам воздействий и расчетных ситуаций, конструк¬
тивных и строительных соображений, а также критически предель¬
ных и эксплуатационных состояний.
Необходимо подчеркнуть, что из всех 12 перечисленных предель¬
ных состояний, 3 относятся к предельным состояниям, связанным
с воздействием воды:
• разрушение, вызванное внутренней эрозией;
• разрушение, вызванное эрозией поверхности или подмывом;
• деформирование, вызванное гидравлическим воздействием.
Несмотря на это, присутствие воды играет и положительную
роль при проектировании насыпей против потери общей устой¬
чивости, разрушения склонов и вершины и против потери эксплу¬
атационной пригодности, а также против ползучести грунта, вы¬
званной климатическим воздействием. Однако такое количество
предельных состояний при проектировании насыпей подтверж¬
дает, что важно учитывать все вопросы, относящиеся к грутовым
водам. Эта проблема также отражена в статьях раздела 12, при¬
веденных ниже.
12.3. Воздействия и расчетные ситуации
пп. 12.3(5)Р- В п. 123, рассматривающем воздействия и расчетные ситуации,
12.3(7)Р вновь подчеркивается важность рассмотрения и учета воздействий
350
Глава 12. Насыпи
воды при геотехническом проектировании. Более того, делается
упор на то, что при определении устойчивости насыпи следует вы¬
брать наиболее неблагоприятные условия, связанные с подземными
водами и уровнями свободной воды (портовые сооружения и т.д.).
12.4. Конструктивные и строительные
соображения
В п. 12.4 приводятся конструктивные и строительные соображе¬
ния, дается перечень вопросов и вариантов, обязательных для рас¬
смотрения при проектировании и строительстве насыпей. Следует
отметить, что первый вопрос этого перечня относится к необходи¬
мости учета опыта строительства насыпей на аналогичном грунте
и возведения их из аналогичного материала. При этом подчерки¬
вается важность обследования площадки возведения будущей на¬
сыпи, проверки и оценки степени устойчивости и условий соседних
конструкций и сетей.
12.5. Расчет по предельному напряженному
состоянию
В п. 125, рассматривающем расчет насыпей по условиям критически
предельного состояния, наиболее важными являются пп. 125(7)Р
и 125(1 )Р, в которых определяется необходимость соблюдения по¬
ложений, предусматривающих предотвращение гидравлического
прорыва и обеспечение общей устойчивости. Эти положения со¬
держатся в разделах 10 и 11 и рассматриваются в главах 10 и 11 на¬
стоящего Руководства.
12.6. Расчет по условиям предельного состояния
по эксплуатационной пригодности
В п. 12.6.(1)Р утверждается, что при проектировании насыпи по
условиям предельного эксплуатационного состояния необходимо
проверять, чтобы её деформирование не привело к наступлению
предельного эксплуатационного состояния или насыпи, или со¬
седних конструкций, дорог и инженерных систем. Необходимо
отметить, что проверка уровня предельного эксплуатационного
состояния должна выполняться с помощью значений частного
коэффициента, равного единице. Следовательно, при проектиро¬
вании насыпи по условию предельного эксплуатационного состо¬
яния расчетные значения воздействий и параметров материала,
например, значение жесткости, как правило, равно характеристи¬
ческому значению.
п.12.4
п. 12.4(1 )Р
п. 12.5
п. 12.5(7)Р
п. 12.5( 1)Р
п. 12.6(1 )Р
п. 2.4.8(1)Р
п. 2.4.6(2)
351
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
п. 5.3.3
п. 12.7(4)
12.7. Надзор и мониторинг
Проектирование насыпей, как правило, предполагает рассмотрение
многих возможных сочетаний воздействий, из которых воздействие
давления воды представляется наиболее важным, а также рассмо¬
трение множества возможных режимов разрушения и предельных
состояний. Применение метода наблюдений, дополняющего про¬
ектирование конструкции, строго рекомендуется для такого типа
конструкции. Существенный элемент этого метода основан на до¬
верии результатам надзора и мониторинга. Это особенно важно при
выборе, укладке и уплотнении материала засыпки для возведения
насыпей небольших дамб и их инфраструктуры.
В п. 12.7(4) содержится перечень вопросов, где оговаривается,
что учетные данные следует включать в программу мониторинга
насыпи. С точки зрения авторов, слово «следует» в данном пун¬
кте неуместно; лучше употребить формулировку «могут включать
в себя указанные ниже и иные учетные данные, применимые к про¬
ектированию», поскольку, какой вопрос следует включить в про¬
грамму, будет зависеть от конкретной расчетной ситуации.
Список литературы
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Alonso, Е. Е., Josa, A. and Ledesma, А. (1984) Negative skin friction on
piles: a simplified analysis and prediction procedure. Geotechnique, 34,
341-357.
2. Armbruster, H. and Troger, I. H. M.(1993) Underground erosion caused
by raised water levels of impounded rivers. In: J. Brauns, M. Heibaum and
U. Schuler (eds), Filters in Geotechnical and Hydraulic Design. Balkema,
Rotterdam.
3. Armbruster, H., Heibaum, M. and Schuppener B. (1999) Principles of the
recommendations: stability of dams for waterways. In: Proceedings of the
12th European Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering,
Amsterdam, Vol. 2.
4. Baguelin, F., Frank, R. and Jezequel, J. F. (1982) Parameters for friction
piles in marine soils. In: Proceedings of the 2nd International Conference
on Numerical Methods in Offshore Piling, Austin, pp. 197-214.
5. Bauduin, С. M. (2001) Design procedure according to Eurocode 7 and
analysis of the test results. In: Proceedings of the Symposium on Screw
Piles — Installation and Design in Stiff Clay, Brussels. Balkema, Rotterdam,
pp. 275-303.
6. Bauduin, С. M. (2002a) Determination of characteristic values. In:
U. Smoltczyk (ed.), Geotechnical Engineering Handbook. Ernst, Berlin,
Vol. I, pp. 17-50.
7. Bauduin, С. M. (2002b) Design of axially loaded piles according to Eurocode
7. In: Proceedings of the 9th International Conference on Piling and Deep
Foundations (DFI 2002), Nice. Presses de l’ENPC, Paris, pp. 301-312.
8. Bligh, W. G. (1910) Dams, barrages and weirs in porous foundations.
Engineering News, 64, 708-710.
9. Brinch Hansen, J. (1956) Limit Design and Safety Factors in Soil
Mechanics. Danish Geotechnical Institute, Copenhagen, Bulletin No. 1
[in Danish with an English summary].
10. Burland, J. B., Broms, В. B. and De Mello, V. F. B. (1977) Behaviour of
foundations and structures. In: Proceedings of the 9th International
Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Tokyo, Vol. 2,
pp. 495-546.
11. Busch, K.-F. and Luckner, L. (1974) Geohydraulik. Enke, Stuttgart.
Caquot, A., Kerisel, J. and Absi, E. (1973) Tables de Butee et de Poussee.
Gauthier-Villars, Paris.
12. Cistin, J. (1967) Zum Problem mechanischer Deformationen nichtbindiger
Lockergesteine durch die Sickerwasserstromung in Erddammen.
Wasserwirtschaft, 2.
13. De Cock, F., Legrand, C. and Huybrechts, N. (2003) Axial static pile load
test (ASPLT) in compression or in tension — Recommendations from
ERTC3 — Piles, ISSMGE Subcommittee. In: Proceedings of the 13th
European Conference on Soil Mechanics and Geothnical Engineering,
Prague, Vol. 3, pp. 717-741.
14. EAU (1980) Recommendations of the Committee for Waterfront
Structures. Ernst, Berlin.
353
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
15. EAU (1996) Recommendations of the Committee for Waterfront
Structures. Ernst, Berlin.
16. European Commission (2003a) Guidance Paper L (Concerning the
Construction Products Directive — 99/106/EEC). Application and Use of
Eurocodes, Version 27 November 2003.
17. EC, Brussels.European Commission (2003b) Commission recommendation
of 11 December 2003. Document No. C(2003) 4639. Official Journal of the
European Union.
18. Frank, R. (1999) Calcul des Fondations Superficielles et Profondes. Presses
de l’ENPC et Techniques de l’lngenieur, Paris.
19. Frank, R. and Kovarik, J. B. (2005) Comparaison des niveaux de securite,
calage d’un coefficient de modele pour la resistgce ultime des pieux sous
charges axiales. Revue Fran^aise de Geotechnique, 110 (in press).
20. Gulvanessian, H., Calgaro, J.-A. and Holicky, M. (2002) Designers’ Guide
to EN 1990, Eurocode: Basis of Structural Design. Thomas Telford, London.
21. Ingold, T.S. (1979) The effects of compaction on retaining walls.
Geotechnique, 29, 265-284.
22. Institution of Structural Engineers (1955) Report on structural safety.
Structural Engineer, 33, 141-149.
23. ISSMFE (1981) Lexicon in 8 Languages, 5th edn. Bryant Press, Ontario.
Lane, E. W. (1935) Security from under-seepage masonry dams on earth
foundations. Transactions of the American Society of Civil Engineers, 100,
S.1233-S.1351.
24. Lumb, P. (1974) Application of statistics in soil mechanics. In: I. K. Lee
(ed.), Soil Mechanics — New Horizons. Butterworth, London, Ch. 3.
25. Mortensen, K. (1983) Is LimitState Design a Judgement Killer? Sixth
Laurits Bjerrum Memorial Lecture, 1982. Publication 148. Norwegian
Geotechnical Institute, Oslo.
26. Orr, T.L.L. and Farrell, E.R (1999) Geotechnical Design to Eurocode 7.
Springer-Verlag, London.
27. Poulos, H.G. and Davis, E.H. (1980) Pile Foundation Analysis and Design.
Wiley, New York.
28. Rethati, L. (1988) Probabilistic Solutions in Geotechnics. Developments in
Geotechnical Engineering 46. Elsevier, Amsterdam.
29. Schneider, H.R. (1999) Determination of characteristic soil properties.
In: Proceedings of the 12th European Conference on Soil Mechanics
and Foundation Engineering, Amsterdam. Balkema, Rotterdam, Vol. 1,
pp. 273-281.
30. Schuppener, B., Walz, B., Weissenbach, A. and Hock-Berghaus, K. (1998)
EC7 — a critical review and a proposal for an improvement: a German
perspective. Ground Engineering, 31, 32-35.
31. Sherard, J.L., Woodward, R.J., Gizienski, S.F. and Clevenger, W.A. (1963)
Earth and Earth-Rock Dams: Engineering Problems of Design and
Construction. Wiley, New York.
32. Simpson, B. (2000) Partial factors: where to apply them? In: Proceedings of
LSD2000: International Workshop on Limit State Design in Geotechnical
Engineering, Melbourne.
33. Simpson, B. and Driscoll, R. (1998) Eurocode 7 — A Commentary.
Construction Research Communications, Watford.
354
Список литературы
34. Smoltczyk, U. (1985) Axial pile loading test — part 1: static loading.
ISSMFE Subcommittee on Field and Laboratory Testing. Geotechnical
Testing Journal, 8, 79-90.
35. Terzaghi, K. and Peck, R.B. (1967) Soil Mechanics in Engineering Practice.
Wiley, Chichester.
36. Van Aalboom, G., and Menge, P. (1999) The derivation of characteristic
values of shear strength parameters according to EC 7. In: Proceedings
of the 12th European Conference on Soil Mechanics and Foundation
Engineering, Amsterdam. Balkema, Rotterdam, Vol. 1, pp. 295-302.
37. Wastiaux, М., Ducroq, J. and Baguelin, F. (1998) Les fondations maritimes
du Pont Vasco de Gama. Travaux, 743, 33-41.
АЛФАВИТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ ТЕРМИНОВ
EN 1537 34,218,140
активное давление грунта,
горизонтальная составляющая 239
альтернативная процедура 198, 202
анализ взаимодействия
грунт-свая 165
анализ предельных условий 338
анализ эффективного
напряжения 205, 213
анализы волновых уравнений 182
анализы методом конечных
элементов 262, 269
аналитический расчет ИЗ
анкерные крепления 217
балочные модели на грунтовых
пружинах (модели упругой
деформации) 259
вертикальная несущая
способность 116
вертикальные перемещения 186
винтовые анкерные крепления 228
вложенные (тонкостенные
конструкции) стены 237
внутренняя эрозия 315
водопроницаемый грунт, расчет
против выпора/выталкивающего
воздействия 317
возведение насыпи 335
воздействия подземных вод 90
воздействия, оказываемые
конструкцией 48
вспучивание 238, 264
выбор характеристического
значения 75,133
выведенные/полученные/
определенные значения 98
вызванное смещением фундамента
разрушение 131
выталкивающее воздействие на
свайные конструкции 209
вычисленный гидравлический
градиент (zcal) 326
геотехнические изыскания 90
геотехнические категории (GCs) 42
геотехнические параметры 49
гидравлический прорыв 59
гидравлическое вспучивание, расчет
выемки против разрушения по
условиям критически предельного
состояния 60
гравитационные стены 245
давление грунта, Пек 247
давления воды, подпорные
конструкции 248
дестабилизирующее выталкивающее
воздействие (t/d) 319
динамические нагрузки 48
долговечность 46
допустимая нагрузка 232
дренирование 105
Еврокоды 9
жесткость грунта 266
известное значение Vx 55
измеренные значения и результаты
испытаний 56
информативные приложения 114
356
Алфавитный указатель терминов
испытание динамическим воздействием
(ударное воздействие) 182
испытания несущей способности
сваи нагрузкой 168
испытания с помощью конического
пенетрометра (СРТ) 178
испытания свай динамической
нагрузкой 170
испытания свай статической
нагрузкой 169
исследовательские испытания,
анкерные крепления 231
калибровочные коэффициенты 96
квадратный отдельный фундамент на
слабой глине 140
кинематические ограничения/связи,
подпорные конструкции 245
конструктивное проектирование
фундаментов на естественном
основании 139
контрольные исследования 104
косвенный метод расчета с помощью
прессиометрического испытания 139
коэффициент избыточного
проектирования (ODF) 339
коэффициент статического давления
грунта (К0) 262
коэффициенты надежности
по нагрузке 18
кривая р-у 166
кривая t-z 166
кривая нагрузка-осадка 169
критически предельное состояние
(ULS) 112
критический гидравлический
градиент (zcrit) 326
логарифмическая формула
оседания Терцаги 132
метод Моргенштерна-Прайса 335
метод наблюдения 72
метод расчета Феллениуса 335
метод снижения прочности 263
метод Спенсера 335
методы Байеса 56
мобилизованное сопротивление
грунта (Rmoh) 261
модели предельного равновесия
(LEMs) 296
модель взаимодействия грунт-
конструкция 222
модель взаимодействия поверхности
стена-грунт 247
мониторинг 105
модели упругой деформации
(балочные модели на грунтовых
пружинах) 259
нагрузки 29
надзор 104
насыпи 349
недопущение/предотвращение 42
нормальное распределение 86
общая устойчивость 114
общий коэффициент надежности
(OFS) 67
огибающая кривая Мора 75
однородный грунт 81
определение давления грунта 245
определение порового давления
воды 323
опрокидывающий момент (МЕ) 305
оптимизация интервалов между
сваями 214
осевое сопротивление сваи (Rk) 190
основания свай 52
отрицательное поверхностное трение
(отрицательное трение) 166
отчет о геотехническом
357
Руководство для проектировщиков к Еврокоду 7
проектировании 73
отчет об исследовании грунта 98
параметры, установленные на
национальном уровне (NDPs) 22
переменные нагрузки 185
перемычки 242
поверхность разрушения
кулоновского типа 280
подводные конструкции, разрушение
вызванное выталкивающим
воздействием/выпором 318
подпорные конструкции 237
подходы к проектированию 63
полуэмпирический расчёт 126
поперечно нагруженные сваи 187
потеря несущей способности грунта
(GEO) 58
потеря несущей способности
конструкции (STR) 58
потеря несущей способности,
вызванная вспучиванием грунта
(HYD) 58
предварительные исследования 91
предельная нагрузка 18
предельное пассивное давление
грунта 246
предельное сопротивление грунта
(ЯР,а) 127
предельное сопротивление сжатию
№.<,) 173
предельное состояние по
эксплуатационной пригодности
(SLS)70
предельные давления грунта (LEM)
180,181
предельные состояния 41
предполагаемая поверхность
разрушения 346
прессиометрические испытания
(PMTs) 35
проверка хода строительства 32
проектирование путем расчетов 46
проектирование с помощью значений
общих напряжений 321
проектирование с помощью
погруженного веса 323
просачивание воды в грунте 325
разрушение отдельной сваи при
растяжении 211
разрушение, вызванное
вспучиванием грунта (HYD) 321
разрушение, вызванное вымыванием
грунта 326
разрушение, вызванное выпором
грунта (UPL) 317
расчетные ситуации 44
расчеты осадок 115
с предполагаемыми нагрузками
давления грунта 157
свайные фундаменты 163
свая, подвергаемая воздействиям
отрицательного поверхностного
трения 204
свойства грунта 92
сопротивление анкера 138
сопротивление грунта
растяжению 183
сопротивление грунта сжатию 172
сопротивление несущей
способности (Rv) 124
сопротивление основания
сваи 52
сопротивление растяжению
отдельных свай 183
стабилизирующий момент (MR) 306
статистические методы 54
статическое равновесие (EQU) 58
теория Мора-Кулона 95
358
Алфавитный указатель терминов
Терцаги, давления грунта для стен с
многостержневым креплением 258
улучшение свойств грунта и его
укрепление 110
устойчивость 114, 381
фильтрационные и гидравлические
критерии 325
характеристическое сопротивление
основания (R b>k) 176
характеристическое сопротивление
ствола (i^S)k) 176
чистое давление воды 298
эквивалентный детерминированный
QFS 142
эксцентриситет нагрузки 158
Учебное издание
Р. ФРАНК, К. БАУДУИН, Р ДРИСКОЛЛ, М. КАВВАДАС,
Н. КРЕБС ОВЕСЕН, Т. ОРР, Б. ШУППЕНЕР
РУКОВОДСТВО ДЛЯ ПРОЕКТИРОВЩИКОВ К ЕВРОКОДУ 7:
ГЕОТЕХНИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
РУКОВОДСТВО ДЛЯ ПРОЕКТИРОВЩИКОВ К EN 1997-1.
ЕВРОКОД 7: ГЕОТЕХНИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ — ОБЩИЕ ПРАВИЛА
Научные редакторы перевода
А.З. Тер-Мартиросян, А.Ю. Мирный, В.В. Сидоров
Редактор Т.Н. Донина
Компьютерная правка, верстка Н.А. Кильдигиевой, Е.А. Григорьевой
Подписано в печать 15.04.2013. Формат 70x100 1/16. Печать офсетная. И-
Усл.-печ.л. 29. Уч.-изд. л. 24,75. Тираж 750 экз. Заказ № 132
ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет».
Издательство МИСИ - МГСУ.
Тел. (495) 287-49-14, вн. 13-17, (499) 188-29-75, (499) 183-97-95,
e-mail: ric@mgsu.ru, rio@mgsu.ru
Отпечатано в типографии Издательства МИСИ - МГСУ.
Тел. (499) 183-91-90, (499) 183-67-92, (499) 183-91-44.
E-mail: info@mgsuprint.ru
129337, Москва, Ярославское ш., 26
DESIGNERS'
EUROCODES
Настоящая серия Руко¬
водств по применению
Еврокодов предоставляет
всестороннюю поддержку
проектировщикам в виде
инструментов проектиро¬
вания, указаний по выбору
наиболее подходящих ме¬
тодов расчета и примеров
с решениями.
Эти книги также включают
дополнительную информа¬
цию, помогающую проекти¬
ровщику понять рассужде¬
ния, положенные в основу
данных норм, и их цели.
Все отдельные Руководства
из данной серии нужно
использовать вместе с «Ру¬
ководством для проектиров¬
щиков к Еврокоду EN 1990:
Основы проектирования
сооружений»
Еврокод EN 1997: Геотехническое проектирование
состоит из двух основных частей. Первая часть предо¬
ставляет общую информацию о проектировании
геотехнических сооружений, а именно: фундаментов
на естественных и искусственных основаниях, свайных
фундаментов, земляных сооружений, подпорных стен и
анкерных креплений. Вторая часть содержит информа¬
цию о проведении и оформлении результатов лабора¬
торных и полевых испытаний грунта.
В Руководстве для проектировщиков к EN 1997-1 :
Еврокод 7: Геотехническое проектирование — общие
правила авторы объясняют и комментируют статьи Ев¬
рокода, содержащие новые подходы к проектированию.
Настоящее Руководство предназначено:
• для инженеров-строителей и проектировщиков;
• комитетов по техническому нормированию;
• заказчиков;
• студентов инженерно-строительных специальностей;
• государственных органов;
• производителей строительных изделий,
а также фактически для каждого, кто будет связан с
Еврокодами в своей работе.
ISBN 978-5-7264-0728-9
9"785726"407289
Ш-т