Автор: Фидаров М.И.
Теги: строительство инженерных сооружений технология строительного производства строительство фундаменты
Год: 1986
Текст
%
М.И.Фидаро
к
Ogjpg
нЭ
Г.
а
жж
№
т
Г>3?|
[еТ
л7,
й*
b
М о с к
Стройизда!
1986
0ВД
ББК 38.654.1
ф 50
УДК 624Л51.5
Печатается по решению-секции литературы по строительной
физике и конструкциям редакционного совета Стройизда
Та
01 Q
№
та
Рецензент
° F
д-р техн, наук
0
Мурзен ко
в
I
G
Проектирование и
М.: Стройиздат, 1986
возведение прерывистых фундамен
та
156 с.; ил.
ТО В.
Приведена, классификация прерывистых фундаментов, изложе
ны основы и опыт их проектирования и строительства. Даны основ
ные технико-экономические результаты совместной работы основа
ний с прерывистыми и непрерывистыми фундаментами и на этой
основе доказана технико-экономическая целесообразность массо
вого применения прерывистых фундаментов взамен эквивалент
ных непрерывных во многих областях фундаментостроения
Для инженерно-технических работников строительных органи-
заций.
W
а
0
га
ЕШ
еда
ф
3202000000
азэ вад ваш Фзи та
047 (01)
86
431
100—86
6С4.03
© Стройиздат, 1986
ПРЕДИСЛОВИЕ
В основных направлениях экономического и социального разви-
тия СССР на 1986-1990 годы и на период до 2000 года отмечалось,
что основной задачей капитального строительства является созда-
ние и ускоренное обновление основных фондов народного хозяйст-
ва, предназначенных для развития общественного производства и
решения социальных вопросов, кардинальное повышение эффек-
тивности строительного производства.
Поставленные перед. строителями задачи обусловливают необ-
ходимость решения следующих первоочередных проблем:
разработки новых методов расчета конструкций и создания бо-
лее эффективных конструкций различного назначения для зданий
и сооружений с применением сборного железобетона и других
эффективных материалов;
внедрения-в практику строительства более экономичных реше-
ний, обеспечивающих снижение материалоемкости зданий и соору-
жений, сокращение трудозатрат на заводах— изготовителях строи-
тельных деталей и конструкций и непосредственно на строительных
площадках.
Настоящая работа посвящена применению в строительстве раз-
личных типов прерывистых фундаментов, которое по сравнению
с непрерывистыми фундаментами в определенных конкретных ус-
ловиях имеют ряд преимуществ и дают существенный экономичес-
кий эффект.
Возведение ряда зданий и сооружений в Северно-Осетинской
АССР подтвердило расчетные технико-экономические достоинст-
ва прерывистых фундаментов для строительства в определенных
условиях.
Автор выражает глубокую благодарность д-ру техн, наук,
профессору Ю.Н. Мурзенко, сделавшему ценные замечания при
рецензировании книги.
3
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРЕРЫВИСТЫХ ФУНДАМЕНТАХ
1.1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Прерывистыми называются фундаменты, работающие совместно
с основаниями как под подошвой, так и в промежутках между
блоками-подушками. По конструктивному устройству они бывают
частично и полностью прерывистыми (рис. 1.1).
Частично прерывистые фундаменты имеют промежутки только
между блоками-подушками, а полностью прерывистые, кроме то-
го, между фундаментными стеновыми блоками. Первые из них так-
же можно назвать прерывистыми фундаментами с непрерывными
фундаментными стенами, а вторые — прерывистыми фундамента-
ми с прерывистыми фундаментными стенами и блоками-подушка-
ми. В конструктивном отношении прерывистые фундаменты от
непрерывных в основном отличаются наличием промежутков меж-
ду блоками-подушками и фундаментными стенами. Размеры этих
промежутков зависят от характеристик прочности грунтов основа-
ния (углов внутренних трений и удельных сцеплений) и меньших
размеров блоков-подушек в плане. В зависимости от этих показа-
телей промежутки между блоками-подушками прерывистых фун-
Рис. 1.1. Прерывистые фундаменты
а — с непрерывными фундаментными стенами (частично прерывистые) ; б —
с прерывистыми фундаментными стенами (полностью прерывистые); 1 —
блок-подушка, 2 — фундаментные стеновые блоки, 3 — железобетонный
пояс, 4 — надфундаментная часть здания (сооружения), 5 — планировочная
отметка, 6 — отметка верха железобетонного пояса; I и о, Ор и 1$ —
длина и ширина соответственно фундамента, блока-подушки и стенового
блока; Си Cj - промежутки между блоками-подушками и фундаментными
стеновыми блоками
4
даментов колеблются в широких пределах и определяются расчета-
ми .
К классу прерывистых фундаментов следует относить также не-
прерывные фундаменты, работающие совместно с основанием. На-
пример, это — непрерывные фундаменты под стены лестничных
клеток, полые квадратные фундаменты и другие. Отдельные бло-
ки-подушки прерывистых фундаментов совместно с опирающими-
ся на них прерывистыми фундаментными стенами нельзя считать
самостоятельными столбовыми фундаментами, потому что они
не имеют достаточных опорных площадей для обеспечения безопас-
ной, передачи давления на основание. Роль самостоятельного фунда-
мента блоки-подушки прерывистых фундаментов обеспечивают
лишь при совместной работе с основаниями.
отдельно стоящим (столбовым) фундаментам относятся фун-
даменты под колонны, башни, мостовые опоры и другие несущие
конструкции, обеспечивающие безопасную передачу нагрузок на
основания. Эти фундаменты, как правило, не влияют на работу
друг друга из-за больших расстояний между ними.
В случае если расстояния между столбовыми фундаментами
таковые, что они влияют на работу друг друга, то их следует отно-
сить к классу прерывистых фундаментов.
Основным достоинством прерывистых фундаментов по сравне-
нию с эквивалентными непрерывными является качественно луч-
шая совместная работа их с основаниями в виде значительного уве-
личения давления на основания, более равномерного распределе-
ния контактных давлений; увеличения пределов пропорциональ-
ной зависимости между деформациями и давлениями.
1.2. КЛАССИФИКАЦИЯ И КОНСТРУКЦИИ
ПРЕРЫВИСТЫХ ФУНДАМЕНТОВ
Классификация прерывистых фундаментов. Для удобства
проектирования, расчета и исследования прерывистые фундамен-
ты следует классифицировать по конструктивным особенностям,
по отношению длины к ширине, расположению промежутков меж-
ду блоками-подушками и по другим признакам. По конструктив-
ным особенностям прерывистые фундаменты классифицируются
на прерывистые; решетчатые; прерывисто-решетчатые; прерывис-
то-кольцевые; полые прерывисто-квадратные; прерывисто-ком-
бинированные; прерывисто-комбинированные фундаменты с обо-
лочками в виде круговых конусов, с образующими наклонными
к оси фундаментов; прерывисто-шпальные; прерывистые в выт-
рамбованных котлованах.
По отношению {к) длины ( I ) к ширине (б) прерывистые
фундаменты делятся на ленточные (к > 7), прямоугольные (к =
= 1,1—6) и квадратные (к = 1).
По расположению промежутков между блоками-подушками
(относительно продольных осей фундаментов) прерывистые фун-
даменты, кроме прерывисто-кольцевых, полых прерывисто-квад-
Б
Рис. 1.2. Прерывистые фундаменты под колонны
а — стаканного типа с блоками-подушками, б — то же, с траверсой, в — диа-
метрическая схема; 1 — блок-подушка; 2 — стаканная часть; 3— траверса;
4 — колонна
6
Рис. 1.3. Прерывисто-кольце-
вые фундаменты
а — полнотелые; б — решет-
чатые; в — с промежутками
между блоками-подушками;
1 — фундаментная блок-по-
душка (плита}; 2 — стеновой
блок; 3 — железобетонный
пояс; 4 — надфундаментная
часть' здания (сооружения) ;
D и CL= С — внешний .и внут-
ренний диаметры кольца; —
ширина кольца; Ь'р и tfp —
внутренняя и внешняя хорды
фундаментной плиты; С и
— внутренний и внешний
промежутки между фундамент-
ными плитами
7
if 0 £
Рис. 1.4. Прерывисто-комбинированные фундаменты
а — полнотелый; б — с радиально-тангенциальными промежутками между
фундаментными блоками; 1 — железобетонная оболочка; 2 — уплотнен-
ный песок (грунт); 3 — фундамент; 4 — железобетонный пояс; 5 — соору-
жен ие
ратных и прерывисто-комбинированных, бывают с перпендикуляр-
ными (см. рис. 1.1, а) ис параллельными (рис. 1.2,6) промежут-
ками.
Промежутки между блоками-подушками прерывисто-кольце-
вых и прерывисто-комбинированных фундаментов бывают ра-
диальными (рис. 1.3, в) и (рис. 1.4, 5) и радиально-тангенциальны-
ми (рис. 1.5, 6). Кроме того, в зависимости от расположения бло-
ков-подушек в плане, промежутки между ними делятся на рядо-
вые и составные (рис. 1.6). Рядовые промежутки устраиваются
между отдельными фундаментными блоками-подушками, а состав-
ные — между группами фундаментных блоков-подушек. По спосо-
бу изготовления и по роду материалов прерывистые фундаменты
классифицируются так же, как и непрерывные.
Конструкции прерывистых фундаментов. Применение того или
иного конструктивного типа прерывистого фундамента зависит от
конструктивных особенностей зданий и сооружений, инженерно-
8
al / Z
Рис. 1.5. Полые прерывисто-квадратные фундаменты
а — полнотелые; б — решетчатые; в — с промежутками между блоками -
подушками; 1 — блок-подушка; 2 — фундаментные стены; 3 ~ железо-
бетонный пояс; 4 — надземная часть здания (сооружения); Ь и С -Ъе ~
внешняя и внутренняя стороны полого квадратного фундамента; 3 и Ър —
ширины соответственно полого квадратного фундамента и блока-подушки;
С — промежутки между блоками-подушками
геологических данных строительной площадки, направления дейст-
вия нагрузки и технико-экономических показателей.
Прерывистые фундаменты взамен непрерывных фундаментов
любой геометрической формы целесообразно применять на не-
просадочных грунтах в несейсмических районах строительства.
При этом предпочтение следует отдавать прерывистым фундамен-
там с составными промежутками между блоками-подушками.
Промежутки между блоками-подушками прерывистых фундамен-
9
Рис. 1.6. Полностью прерывистый фундамент с
рядовыми и составными промежутками между
бло ками-подуш ками
1 — блок-подушка; 2 — стеновые блоки; 3 —
железобетонный пояс; 4 — подземная часть
здания; Vu Ь, длина и шири-
на соответственно фундамента, блока-подуш-
ки, стенового блока; С/ и Сс^ — рядовые
и составные промежутки 'между блоками-по-
душками
3-3
тов определяются расчетом. Они, как правило, заполняются мест-
ным грунтом с уплотнением. Производство работ по устройству
и монтажу прерывистых фундаментов следует вести согласно
СНиП 3.02.01-83 [17].
Монолитные фундаменты следует применять при строительстве
зданий или сооружений специального назначения (например, фунда-
менты под радиомачты, дымовые трубы и др.).
Прерывистые фундаменты, за исключением прерывисто-кольце-
вых и прерывисто-комбинированных, должны устраиваться из бло-
ков-подушек и фундаментных стеновых блоков квадратной или
ю
Рис. 1.7. Сплошные типовые блоки сборных фундамен-
тов
а — стеновой блок ФС; б — плита (блок-подушка) Ф
Рис. 1.8. Пустотный фундаментный стеновой блок для
сборных непрерывных и прерывистых фундаментов
прямоугольной форм. Для обеспечения пространственной работы
фундаментных блоков-подушек соотношения между их сторонами
и сторонами фундаментных стеновых блоков должны быть близ-
кими к единице.
Примерные типы фундаментных блоков-подушек и стеновых
блоков прерывистых фундаментов под стены приведены на рис.
1.7—1.9. Маркировка и основные размеры сплошных и пустотных
стеновых блоков, плит и решетчатых фундаментных блоков-по-
душек приведены в табл. 1.1 и 1.2.
При проектировании и строительстве прерывистых фундаментов
в основном должны применяться решетчатые блоки-подушки и
пустотелые стеновые блоки. Расчет промежутков между ребрами
жесткости решетчатых фундаментных блоков-подушек произво-
дится так же, как и промежутков между блоками-подушками
прерывистых фундаментов. Расчеты блоков-подушек, стеновых
фундаментных блоков, обвязочных поясов, армированных, швов
и других конструктивных элементов прерывистых фундаментов
на прочность (устойчивость) выполняются согласно [16—19] и
другим нормативным документам.
Прерывистые ленточные и прямоугольные фундаменты под
стены бывают с непрерывными (см. рис. 1.1, а) и прерывистыми
(см. рис. 1.1, б) фундаментными стенами. Первые применяются в
зданиях и сооружениях с подвальными этажами и техническими
подпольями, а вторые — в бесподвальных зданиях и сооружениях.
11
a)
Рис. 1.9. Решетчатые блоки-подушки (плиты) для прерывистых и непре-
рывных фундаментов, запроектированные с учетом арочного эффекта
а при 1?$- 5 ; б — при Э > б/ и '67 > > t — расчетная ширина
(меньший размер) блока-подушки в плане; у ~ ширина и дли-
на блока-подушки; и — ширина и длина фундаментного стено-
вого блока; ‘bpf Ср и €р — размеры ребер жесткостей и промежутков
между ними
Применение прерывистых фундаментов с прерывистыми фун-
даментными стенами возможно также в зданиях и сооружениях
с подвальными этажами, если промежутки между отдельными
фундаментными стенами (столбами) заделываются по месту раз-
личными тонкостенными мелкими блоками. Прерывистые фунда-
менты с непрерывными фундаментными стенами (см. рис. 1.1, а)
состоят из блоков-подушек 1 и одного или нескольких рядов фун-
даментных стеновых блоков 2, а прерывистые фундаменты с пре-
рывистыми фундаментными стенами (см. рис. 1.1, б) — из блоков-
подушек /, фундаментных стеновых блоков 2 и обвязочных арми-
рованных поясов 2.
Армированные обвязочные пояса устраиваются по верху пре-
рывистых фундаментных стен на отметке ниже планировочной.
В случае устройства прерывистых фундаментов на слабых равно-
12
Т а б л и ц а 1.1. Маркировка и основные размеры сплошных стеновых
блоков и плит ГОСТ 13580—68 с изм.
Марка Размеры, мм Расход Масса, т
блоков материалов
и плит ™. _______—
1 У h Л бетона, м3 стали, кН
• 1 2 3 4 5 6 7 8 I 9
Стеновые блоки
ФСЗ 2380 300 200 580 — 0,41 1,0
ФСЗ-8 780 300 200 580 — 0,13 — 0,3
ФС-4 2380 400 200 580 — 0,54 — 1,3
ФСО 780 400 200 580 — 0,17 — 0,4
ФС5 2380 500 200 580 — 0,68 — 1,6
ФС5-8 780 500 200 580 — 0,22 — 0,5
ФС6 2380 000 200 580 __ 0,82 2,0
ФС6-8 780 600 200 580 — 0,26 — 0,6
Плиты
Ф6 2380 600 600 300 300 0,42 50 1,0
Ф6-12 1180 600 600 300 300 0,20 30 0,5
Ф8 2380 800 800 300 300 0,56 60 1,4
Ф8-12 1180 800 800 300 100 0,27 40 0,7
Ф10 2380 1000 600 300 100 0,61 80 1,5
Ф10-12 1180 1000 600 300 100 0,30 40 0,8
Ф12 2380 1200 600 300 100 0,70 100 1,8
Ф12-12 1180 1200 600 300 100 0,35 50 0,9
Ф14 2380 1400 800 300 100 0,84 120 2,1
Ф14-12 1180 1400 800 300 100 0,42 70 Ъ0
Ф16 2380 1600 1000 500 100 0,99 180 2,5
Ф16-12 1180 1600 1000 500 100 0,50 90 1,2
Ф20 1180 2000 1000 500 100 0,93 150 2,4
Ф24 1180 2400 1000 500 200 1,14 220 2,8
Ф28 1180 2800 1400 500 200 1,37 320 3,4
Ф32 1180 3200 1800 500 200 1,60 400 4,0
мерно сжимаемых основаниях, кроме устройства армированных
обвязочных поясов, необходимо также устройство армированных
швов по верху фундаментных блоков-подушек согласно [12, 18,
19].
Прерывистые фундаменты под колонны (см. рис. 1.2, а, б, в)
состоят из фундаментных блоков-подушек 1 и стаканов 2. Связь
между блоками-подушками и стаканами осуществляется через
закладные детали на сварке. Промежутки между фундаментными
блоками-подушками под колонны, как правило, должны быть
рядовыми.
Полностью прерывистый фундамент с составными и рядовы-
ми промежутками между блоками-подушками (см. рис. 1.6) сос-
трит из фундаментных блоков-подушек 7, стеновых блоков 2,
обвязочного железобетонного пояса 3 и является наиболее эконо-
13
Таблица 1.2. Маркировка и основные размеры пустотных фундаментных стеновых блоков
и решетчатых фундаментных блоков-подушек (плит)
Марка блоков и плит Размеры, мм Расход материалов &р~Ь’р , мм Ср ( С р), мм
при грунте основания с углом внутреннего трения,
’15—22 23—30 31-37 38—44 15-22 23-30 31 —37 38-44
L---4 ь h d бето- на, м3 ста- ли, кН при отношении
0,50 0,75 1,00 1,25 0,50 0,75 1,00 1,25
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
Стеновые блоки
ФСЗ-8 780 300 — 580 — 390 0,06 __ — — —
ФС4-8 780 400 __ 580 — 450 0,09 — — — —. — — — —
ФС5-8 780 500 — 580 — 510 0,11 — — — — — — — —
ФС6-8 780 600 — 580 — 550 0,13 — — — — — — — __ —
Плиты
Ф6-12 1180 600 600 300 300 — 30 240 21-8 200 185 120 164 200 232
(700) (744) (780) (810)
Ф6-12 1180 800 800 300 — 300 — 40 320 291 - 267 246 160 218 267 308
(540) (597) (646) (688)
Ф10-12 1180 1000 600 300 100 .— 40 400 364 333 308 200 273 333 385
(380) (392) (514) (564)
Ф12-12 1180 1200 600 300 100 — — 50 300 266 240 218 150 200 240 272
' (140) (191) (230) (263)
Ф14-12 1180 1400 800 300 100 — — 70 350 310 280 245 175 232 280 305
(75) (125) (170) (223)
Ф16-12 1180 1600 1000 500 200 — .— 90 400 354 320 291 200 250 320 364
Ф20 1180 2000 1000 500 200 — — 150 500 444 400 364 250 331 400 455
Ф24 1180 2400 1000 500 ' 200 — — 220 600 533 478 436 300 400 478 546
Ф28 1180. 2800 1400 500 200 — — 320 700 622 560 508 350 466 560 653
Ф32 1180 3200 3200 500 ' 200 — — 400 800 711 638 581 400 534 638 726
Рис. 110. Ленточный прерывистый фундамент с переменным продольным
сечением
а — план; б — продольное сечение; 1 — фундаментный блок-подушка; 2 —
стеновой блок; 3 — фундаментная стеновая панель; 4 — железобетонный
пояс; 5 — надфундаментная часть здания (стена, колонна); Ь и Ьс$ — сто-
роны (ширины) квадратных блоков-подушек и стеновых блоков; h$u hc —
высоты фундаментных блоков-подушек и стеновых блоков; Ъл и ?лф —
толщина и длина фундаментной стеновой панели; — промежуток между
блоками-подушками; — длина фундамента
минным фундаментом. Однако, до сих пор в практике проектиро-
вания и строительства не применяется.
Ленточный прерывистый фундамент с переменным продольным
сечением (рис. 1.10) отличается от обычных ленточных полностью
прерывистых фундаментов (см. рис. 1.1, б) наличием между фун-
даментными блоками-подушками 7 и стеновыми блоками 2 из тон-
ких фундаментных стеновых панелей 3, служащих в качестве ог-
раждающих конструкций и перегородок между наружными и внут-
ренними фундаментными стенами зданий и сооружений.
Ленточный прерывистый фундамент с переменным продольным
сечением и наклонными боковыми гранями блоков-подушек
(рис. 1.11) от ленточного прерывистого фундамента с переменным
продольным сечением (см. £)ис. 1.10) отличается тем, что боковые
грани фундаментных блоков-подушек устраиваются наклонными
для обеспечения повышения несущей способности грунта основа-
ния за счет увеличения трения между наклонными гранями блоков-
подушек и грунтом основания.
15
Рис. 1.11. Ленточный прерывистый фундамент с переменным продольным!
сечением и с наклонными боковыми гранями блоков-подушек
1 — грунт основание; 2 ~ блок-подушка; 3 ~~ стеновой блок; 4 — фунда-
ментные стеновые панели; 5 — железобетонный пояс; 6 — надфунУ ьштк 1
часть здания (стена); Ьк и Ъ!к — ширина и длина^ блока-подушки; дсф и
Ъ’сф ~ длина и ширина стенового блока; 1&, и ^лф — промеытп- и /’-л- :
блоками-подушками и стеновыми блоками; длина << „
угол наклона боковых граней блоков-подушек
Ленточный прерывистый фундамент с кривслшнш о. Сину-
соидальной) формой подошвы (рис. 1.12) от ленто^того г ;?ер<;зи
того фундамента с переменным продольным сечением отпичаетср
криволинейной (синусоидальной) формой подошвы фундамент-
ных блоков-подушек: Такая форма подошвы фундамента уг рш -
вается с целью снижения материалоемкости блоков-подушек и
повышения несущей способности грунта основания за счет, увели-
чения контактной поверхности подошвы фундамента с грунтом
основания и трения между подошвой фундамента и грунтом осно-
вания.
Прерывистый фундамент с винтовыми механизмами и резервуа-
рами (рис. 1.13) от прерывистого фундамента с переменным про-
дольным сечением отличается наличием в блоке-подушке 1 винто-
вого механизма 3 ,и резервуара 2. Винтовой механизм устраняется
для автоматического исключения переуплотнения грунта основа-
ния в пределах грунтового ядра и для автоматической транспорт -
16
ров
£
Г1
Sr*"11
т
w W
ундамент с криволинеинои
19
s .з£|ч #
нис. 1.ГД Пре
инусоидал’^ной) формой подошвы
'лок-подушка с синусоидально
О о/
4
ГГ
<^wer*rp-
f fl
<u
блоки
здание (сооружение)
^{<Т
стеновые
4
рормои пооош
железо бетонный пояс;
№
о
>IJ
6
!7j
A
ч.
>
Прерывистый фундамен
винтовыми
блок-подушка
механизм; 3
W
генов ой блок
Я Ц Р а 5 j? puionv I СНП Ц/ у О (Ц« SVISrfFiT С
механизмами и резервуарами в блок-подушках
— 2 — винтовой
7 — блок-подушка; 2
резервуар; 4 — фундаментный
железо бе тонный поле;
№
ЧЕПйЧ.ТЙИг
Ч₽Ч"ЧТР
здание (сооружение)
г
RJWRM
резервуар z
грунта основания на винтовые лопасти.
и переуплотненного грунта из грунтового ядра
реакции
V
£
ВИеМ
о
як
позволяет регули
показывают исследования [4'
вом ядре
ровэть нзпря
гранями уплотненного грунтового ядра
существенно повышаем
фр
м Св
гп
ность
IP
*
основания и
деформированное состояние грунта основания
исключает разрушение
его несущую
л"
F
способ
ТО
ундамен
вы дрис. !,14) от прерывистого фундамента с переменным про-
дольным сечением отличается наличием под подошвой промежуточ-
ной бетонной или щебеночной (гравийной) подготовки, аналогич-
ной
S
W
рерывистыи
(ри
по коне
рительная
Лз#
£
W
с промежуточной подготовкой пооош-
цебеночной (гравийной)
и фундаменту, который был предложен Е.А. Со
предва
подготовка производится с целью повышения несущей
ИЛИ 1
трукци
В этом
bft
cs
е?
ундаменте бетонная или гравийная
1М0
W
О
К»
17
Рис. 1.14. Прерывистый фундамент с проме-
жуточной подготовкой подошвы
1 - промежуточная бетонная или гравийная
(щебеночная) подготовка под блоками-по-
душками; 2 — блок-подушка; 3 — стеновой
блок; 4 — железобетонный пояс; 5 — здание
(сооружение)
способности грунта основания за счет предварительного его уплот-
нения в зоне ядра сечения фундамента.
Решетчатые (рис. 1.15) и прерывисто-решетчатые (рис. 1.16)
фундаменты применяются как под стены, так и под колонны раз-
личных зданий и сооружений. При этом наиболее хорошие технико-
экономические результаты достигаются при применении прерывис-
то-решетчатого фундамента с составными промежутками между
блоками-подушками? Решетчатые фундаменты с непрерывными
стенами состоят из решетчатых блоков -подушек. 7, фундаментных
стеновых блоков 2, а прерывисто-решетчатые дополняются арми-
рованным обвязочным поясом 3. Прерывисто-решетчатые фунда-
. менты под колонны устраиваются из решетчатых блоков-поду-
шек 7 и траверсов 5 (см. рис. 1.16, 6}. Размеры пустот решетчатых
блоков-подушек зависят от характеристик прочности грнута осно-
вания и определяются расчетом так же, как и размеры промежут-
ков-между блоками-подушками прерывистых фундаментов.
К прерывисто-кольцевым (см. рис. 1.3) и полым прерывисто-
квадратным фундаментам (см. рис. 1.5) относятся такие кольце-
вые и полые квадратные фундаменты, которые в полой части ра-
ботают совместно с грунтами основания. В практике фундаменто-
строения прерывисто-кольцевые и полые прерывисто-квадратные
фундаменты пока еще не встречаются. Однако целесообразность
строительства этих фундаментов под здания (сооружения) круг-
лой или квадратной форм очевидна из-за их высоких технико-
экономических показателей. Полые прерывисто-квадратные фунда-
менты конструктивно ничем нё отличаются от прерывистых фунда-
ментов, а прерывисто-кольцевые — отличаются лишь формой
блоков-подушек 7 и фундаментных стен 2 (см. рис. 1.3).
Прерывисто-кольцевые фундаменты следует устраивать из сбор-
ных прерывистых или полнотелых фундаментных блоков 7 'и
фундаментных стен 2. Размеры их так же, как и размеры шири-
18
Рис. 1.15. Решетчатые фундаменты
а — частично прерывистый; б — полностью прерывистый; 1 — блок-подуш-
ка; 2 + стеновой блок; 3 — железобетонный пояс; 4 — надземная часть зда-
ния; t и Ь,Ър и 1$ ,Ъси 1ц, — длина и ширина соответственно фундамен-
та, блока-подушки и стенового блока; Cf и С — рядовые промежутки между
стеновыми блоками и блоками-подушками
ны 6 = 6р и внутреннего диаметра С = d прерывисто-кольцевого
фундамента, определяются расчетом в зависимости от характерис-
тик прочности грунта основания. Поверху прерывисто-кольцевых
фундаментных стен устраиваются обвязочные армированные пояса <?
на отметке 15—30 см ниже планировочной. Армирование фунда-
ментных блоков-подушек, имеющих форму частей кольца, должно
быть радиально-тангенциальным.
19
/~7
Рис. 1.16. Прерывисто-решетчатые фундаменты
а •— под стены; б — под колонны; 1 — блок-подушка; 2 — стеновой блок;
3 — железобетонный пояс; 4 — надземная часть здания (сооружения); 5 —
траверса
20
Рис. 1.17. Прерывисто-комбинированный фундамент с оболочкой в виде
кругового конуса с образующей наклонной к оси фундамента
1 — фундаментная плита; 2 — полый круговой конус с образующей накло-
ненной к оси фундамента; 3 — песчаная подушка; 4 — грунтовая подушка^
•5 -слабый грунт основания; J}= Ър - диаметр (сторона) фундаментной
плиты; и & соответственно верхний, нижний диаметры, вы-
сота и толщина оболочки; Ск — CL0 а = Ъ0Ъ — расчетный полупролет
несущего грунтового свода (арки), —пригрузка; h — глу-
бина заложения фундаментной плиты; (Г — ‘объемная масса грунта
К прерывисто-комбинированным фундаментам (см. рис. 1.4) от-
носятся комбинированные фундаменты, работающие совместно с
грунтами основания. Эти фундаменты позволяют недопустимые
давления (от веса зданий и сооружений) на слабые основания сни-
зить до их расчетных сопротивлений в контактной плоскости.
Прерывисто-комбинированные фундаменты состоят из фундамент-
ных плит 3, оболочек 1 и грунтовых (песчаных) подушек 2.
Прерывисто-комбинированные фундаменты так же, как и пре-
рывисто-кольцевые и полые прерывисто-квадратные фундаменты,
в практике строительства еще мало применяются, но эксперимен-
тально-теоретические исследования Ю.Н. Мурзенко и Г.М. Борли-
кова [9] показывают, что их можно широко применять при уст-
ройстве фундаментов зданий и сооружений на слабых основаниях.
Прерывисто-комбинированные фундаменты устраиваются в сле-
дующей последовательности: фундаментная оболочка погружается
до проектной отметки, а затем удаляется местный слабый грунт
из оболочки; устраивается песчаная или грунтовая подушка с за-
данной плотностью грунта и производится монтаж фундаментной
плиты или ее элементов по кровле этой подушки. Промежутки
между фундаментными плитами и оболочками прерывисто-комби-
нированных фундаментов определяются расчетами.
Прерывисто-комбинрованный фундамент с оболочкой в виде
кругового конуса с образующей, наклонной к оси фундамента
(рис. 1.17) .
21
Рис. 1.18. Прерывисто-шпальные фундаменты
а — конструкции; 1 — шпальный фундамент; 2 — ребро; ' б — схемы уст-
ройства фундаментов; 1 — песчаная подушка; 2 — шпальные фундаменты;
3 — фундаментная балка; 4 — стена; 5 — панель
Рис. 1.19. Прерывистый фундамент в вытрамбованном кот-
ловане
1 — фундаментный блок; 2 — подбетонка; 3 — продольные
фундаментные стены; 4 — стеновые панели; 5 — железобетон-
ные перемычки
22
Такая конструкция оболочки фундамента, как и в сваях с ана-
логичным продольным сечением, позволяет 'в два раза и' более
увеличить несущую способность оболочки по грунту и расчетный
промежуток между фундаментной плитой и оболочкой, поэтому
1рименение этого фундамента весьма выгодно.
К классу прерывистых фундаментов следует относить любые
фундаментные конструкции, которые в полой части или промежут-
ках между блоками-подушками работают совместно с основания-
ми, Например, к прерывистым фундаментам можно относить фун-
даменты-оболочки, опускные колодцы, кессоны, шпалы железно-
дорожного пути, шпальные фундаменты [30], фундаменты в вы-
трамбованных котлованах [7; 14] и другие, если они удовлетво-
ряют этому требованию. Устройство прерывисто-шпальных фунда-
ментов (рис. 1.18) и прерывистых фундаментов в вытрамбованных
котлованах (рис. 1.19) следует производить согласно [30] и [7;
14].
1.3. БЛОКИ-ПОДУШКИ И СТЕНОВЫЕ БЛОКИ
ПРЕРЫВИСТЫХ ФУНДАМЕНТОВ
Для устройства прерывистых фундаментов в настоящее время
применяются типовые блоки-подушки и стеновые блоки, разра-
ботанные для непрерывных фундаментов (см. рис. 1.7). Эти фун-
даментные блоки-подушки и стеновые блоки в большинстве слу-
чаев имеют прямоугольные формы со значительным отношением
длины к ширине, поэтому их применение оправдано лишь при
устройстве ленточных непрерывных фундаментов зданий и соору-
жений с подвалами и техническими подпольями, а также при
устройстве фундаментов на слабых и неравномерно сжимаемых
грунтах основания.
Устройство ленточных непрерывных фундаментов под стены
зданий и сооружений во всех остальных случаях нецелесообразно
из-за нерационального использования прочности фундаментных
материалов и грунтов оснований. Для устранения этого недостатка
'и обеспечения полного использования прочностных показателей
фундаментных материалов и грунтов оснований фундаменты под
стены зданий (сооружений) следует проектировать так, чтобы
•они совместно с грунтами основания работали в условиях прост-
ранственного напряженно-деформированного состояния. При уст-
. ройстве ленточных непрерывных фундаментов, как известно, эта
цель не осуществима. Ее можно достичь лишь путем применения
tстолбовых и прерывистых фундаментов. При этом прерывистые
фундаменты должны состоять из блоков-подушек и стеновых
блоков квадратной и прямоугольной формы с соотношением сто-
рон 1,1-1,5.
При устройстве прерывистых фундаментов из прямоугольных
блоков-подушек, следует компоновать искусственные квадрат-
ные или близкие к ним прямоугольные фигуры. Между отдельны-
ми прямоугольными блоками-подушками необходимо соблюдать
23
рядовые промежутки, а между искусственными фигурами, образо-
ванными из них — составные промежутки.
Номенклатура типовых сборных сплошных стеновых блоков,
блоков-подушек ленточных фундаментов приведена на рис. 1.7 и
в табл. 1.1. Эти блоки-подушки и стеновые блоки применяются
при устройстве ленточных, прямоугольных и квадратных пре-
рывистых фундаментов промышленных и гражданских зданий и
сооружений. Номенклатура предлагаемых типовых пустотных сте-
новых блоков и решетчатых блоков-подушек прерывистых фунда-
ментов, разработанных согласно' [6] и 2.1 Г гл. 2, приведена в
табл. 1.2. Она разработана с учетом арочного эффекта и характерис-
тик прочности грунта основания -(угла внутреннего трения и удель-
ного сцепления).
Разработка аналогичных типовых элементов прерывистых фун-
даментов (блоков-подушек, стеновых блоков.и др.) целесообраз-
на не только для устройства прерывистых фундаментов под стены
зданий, но и под колонны и специальные сооружения (дымовые
трубы, подпорные стенки, силосные башни и др.).
1.4. СПЛОШНЫЕ И РЕШЕТЧАТЫЕ ФУНДАМЕНТЫ ПОД
ПРЯМОУГОЛЬНЫЕ КОЛОННЫ
Типовые сплошные фундаменты с подколонниками разработаны
под колонны прямоугольного сечения в серии 1.412-—1/77 [20] и
предназначены для применения в районах строительства с сейсмич-
ностью до 7 баллов на грунтах основания с расчетным сопротивле-
нием 0,15—0,6 МПа.
В этой серии разработано 344 типоразмеров фундаментов, в
том числе и под двухветвенные колонны. Из приведенной серии
рассмотрим лишь номенклатуру фундаментов типа ФА (табл. 1.3)
и унифицированные размеры подколенников под фундаменты
серий ФА, ФБ и ФВ (табл. 1.4).
Эти фундаменты друг от друга- в основном отличаются раз-
личными размерами подошв и поперечными сечениями подколен-
ников и имеют следующие существенные недостатки:
геометрические размеры под колонии ков: высоты и попереч-
ные сечения значительны и соответственно, изменяются в пределах
1,2-3,3 м и 900x900-1500x1200 мм;
площади поперечных сечений подколенников значительно боль-
ше поперечных сечений колонн (до 9 раз) ;
большие геометрические размеры подколенника вызывают не
требуемое расчетом заглубление фундамента и устройство несовер-
шенного стыка (стакана) между фундаментом и колонной под по-
лом первого этажа;
процент армирования стаканной части фундамента велик;
стык между фундаментом и колонной слаб и не может воспри-
нимать растягивающие усилия;
большое количество типоразмеров фундаментов.
24
Т а блица 1,3 Номенклатура фундаментов типа ФА из серии 1.412 —1/77
Эскиз фундамента Марка фундамен- та Расход ( бетона, м’З Разме ры фундамента, мм
h а ъ Ъ.(Ъ2)
1 2 3 4 3 6 7 8
ФА1-1 1,6 1500 1500 1500 - ФА1-2 1,9 1800 1500 1500 ФА1-3 2,4 ' 2400 1500 1500 ФА1-4 2,9 3000 1500 1500 ФА1-5 3,4 3600 1500 1500 Я Я А7ПП IRPn 1 RHO — —
ФА2-1 2 1500 1800 1800 ФА2-2 2,2 1800 1800 1800 - 7 ФА2 3 2.7 2400 1800 1800 —
it L
! а} I (Ъ ФА2-4 3,2 3000 1800 1800 - Т ФА2-5 3,6 3600 1800 1800 ФА2-6 4,1 4200 1800 1300 -
300 300
ФА4-1 2,3 1500 2100 1800 1500 900
ФА4-2 2,5 1800 2100 1800 1500 900
ФА4-3 3,0 2400 2100 1800 1500 900
L;j ФА4-4 3,5 3000 2100 1800 1500 900
ФА4-5 4,0 3600 2100 1800 1500 900
ФА4-6 4,5 4200 2100 1800 1500 900
р 1 ФА5-1 2,4 1500 2400 1800 1500 900
ФА5-2 2,7 1800 2400 1800 1500 900
л ffs ФА5-3 3,2 2400 2400 1800 1500 900
U J A Of -У’. ФА5-4 3,6 3000 2400 1800 1500 900
fl Ь —у ФА5-5 4,1 3600 2400 1800 1500 900
ФА5-6 4,6 4200 2400 1800 1500 900
КЗ ._____
Эскиз фундамента Марка фундамен- та Расход бетона, м3 h
1 2 3 4
$00*900
сток
Ъ,
а *Ъ
ФА6-1 2,9 1500
ФА6-2 3,2 1800
ФА6-3 3,6 2400
ФА6-4 4,1 3000
ФА6-5 4,6 3600
ФА6-6 5,1 4200
ФА7-1 3,2 1500
ФА7-2 3,5 1800
ФА7-3 4,0 2400
ФА7-4 4,5 3000
ФА7-5 4,9 3600
ФА7-6 5,4 4200 •
ФА8-1 3,5 1500
ФА8-2 3,7 1800
ФА8-3 4,2 2400
ФА8-4 4,7 3000
ФА8-5 5,20 3600
ФА8-6 5,70 4200
ФА9-1 3,8 1500
ФА9-2 4,1 1800
ФА9-3 4,6 2400
ФА9-4 5,0 3000
ФА9-5 5,5 3600
ФА9-6 6,0 4200
Продолжение табл. 1.3
Размеры фундамента, мм
a ъ (&2 )
5 6 7 8
2400 2100 1500 1500
2400 2100 1500 1500
2400 2100 1500 1500
2400 2100 1500 1500
2400 2100 1500 1500
2400 2100 1500 1500
2700 2100 1800 1500
2700 2100 1800 1500
2700 2100 1800 1500
2700 2100 1800 1500
2700 2100 1800 1500
2700 2100 1800 1500
2700 2400 1800 1500
2700 2400 1800 1500
2700 2400 1800 1500
2700 2400 1800 1500
2700 2400 1800 1500
2700 2400 1800 1500
3000 2400 2100 1500
3000 2400 2100 1500
3000 2400 2100 1500
3000 2400 2100 1500
3000 2400 2100 1500
3000 2400 2100 '1500
3Q0300300
ФА10-1 4,9 1500 3300 2700 2400 (1500) 1800 (900)
ФА10-2 5,1 1800 3300 2700 2400 (1500 1800 (900)
ФА10-3 5,6 2400 3300 2700 2400 (1500) 1800 (900)
ФА10-4 6,1 3000 3300 2700 2400 (1500) 1800 (900)
— Г ФА10-5 6,6 3600 3300 2700 2400 (1500) 1800 (900)
I I 1 1 ' ФА10-6 7,1 4200 3300 2700 2400 (1500) 1800 (900)
1 1 qmxQfin ФА11-1 5,7 1500 3600 3000 2700 (1800) 1800 (900)
j3uU'*i3UUj t ФА11-2 5,9 1800 3600 3000 2700 (1800) 1800 (900)
ФА11-3 6,4 2400 3600 3000 2700 (1800) 1800 (900)
ч " ФА11-4 6,9 3000 3600 3000 2700 (1800) 1800 (900)
О. ФА11-5 7,4 3600 3600 3000 2700 (1800) 1800 (900)
' i ФА11-6 7,9 4200 3600 3000 2700 (1800) 1800 (900)
, axis ФА13-1 6,4 1.500 4200 3000 3000 (1800) 1800 (900)
, ash ФА12-2 6,6 1800 4200 3000 3000 (1800) 1800 (900)
/ axb ФА12-3 7,1 2400 4200 3000 3000 (1800) 1800 (900)
ФА12-4 7,6 3000' 4200 3000 3000 (1800) 1800 (900)
ФА12-5 8,1 3600 4200 3000 3000 (1800) 1800 (900)
ФА12-6 8,6 4200 4200 3000 3000 (1800) 1800 (900)
Примечание. Буквой Ф обозначен тип фундамента; А — тип подколонника; первый и второй (1—1, 1—2 и т.д.*) цифро-
вые индексы — типоразмеры фундаментов в зависимости от размеров подошвы и высот фундаментов.
м
Таблица 1.4. Типы и унифицированные размеры подколенников
для фундаментов под колонны прямоугольного сечения
из серии 1=412—1/77
Сечение Подколенник ря- Размеры стакана, мм Объем
колонны 8x6, ММ дового фундамента тип размеры сечения, мм глубина в плане понизу | поверху стака- на, м^
300x300 700 400x400 450x450 0,13
А 900x900 700 500x500 550x450 0,16
400x300 400x400 800;900 500x500 550x550 0,22;
0,25
500x400 800 600x500 650x550 0,26
500x500 Б 1200x1200 800; 900 600x600 650x650 o,3i;
0,35
600x400 800; 900 700x500 750x550 о.зо;
0,34
600x500 800 700x600 750x650 0,36
700x400 950 800x500 850x550 0,41
800x400 В 1500x1200 900; 950 900x500 950x550 0,44;
0,46
800x500 900 900x600 950x650 0,52
В целях устранения этих недостатков на базе типоразмеров фун-
даментов типа ФА, кроме размеров подколенников (табл. 1.3
и 1.4) были разработаны и решетчатые фундаменты под колонны
прямоугольного сечения типа ФАП (рис. 1.20). Номенклатура ре-
шетчатых фундаментов под колонны приведена в табл. 1.5.
Расчет размеров пустот в фундаментных плитах производился с
учетом арочного эффекта, возникающего в грунтах основания в
промежутках между блоками-подушками прерывистых фунда-
ментах согласно [11; 25—29]. Вместо подколенников были выпол-
нены железобетонные выпуски из фундаментных плит с попереч-
ными сечениями, равными типоразмерами поперечных сечений
колонн 300x300, 400x300 и 400x400 мм (см. табл. 1.4) .
Существующий несовершенный стык (стакан) между фунда-
ментом и колонной заменен типовым стыком между колоннами
и устраивается над полом первого этажа здания (сооружения).
В целях уменьшения процента армирования фундаментной пли-
ты в плоскости подошвы фундамента и снижения материалоем-
кости площадь верхнего основания пирамиды продавливания
(площадь поперечного сечения выпуска из фундамента) увели-
чивается до требуемых расчетом размеров путем усиленного ар-
мирования этого основания криволинейными (арочными) и плос-
кими арматурными сетками (фермочками), соединенными жест-'
ко с рабочей арматурой выпуска из фундаментной плиты (см.
рис. 1.20).
28
Рис. 1.20. Решетчатый фундамент под колонну
а — поперечное сечение колонны; б — то же, фундамента, в — схема располо-
жении пустот в фундаментной плите; г — схема армирования верхнего осно-
вания площадки продавливания фундаментной плиты, д — то же, нижнего;
/ — фундамент высотой h&; 2—4 — схемы арматурных сеток, состоящих из
стержней и 5 — уплотненный грунт толщиной hr;
6 — пол первого этажа толщиной hr^; 7 — железобетонный выпуск из фун-
даментной плиты высотой ; 8 — стык между выпуском и колонной
высотой hc; 9 — колонна высотой h.L и поперечным сечением
З'прх^пр— поперечное сечение верхнего основания пирамиды продавлива-
ния; айв — длина и ширина фундамента; 1 Ср и ? Ър — боль-
ший и меньший размеры пустот и промежутков между ними
Применение предлагаемых решетчатых фундаментов под колон-
ны взамен существующих сплошных фундаментов серии 1.412*-1 /77
[20] позволяет:
в зависимости от глубины заложения и -высоты фундаментов
снизить расход бетона в пределах 22—280 %;
29
Таблица 1.5. Номенклатура решетчатых фундаментов под колонны
w Марка ° фундаментов Расход бетона, м3 Размеры фундамента, мм
h А3 ^фП а Ъ &пр ^пр
1 2 3 4 5 6 7 8 9 то
ФА1-1П 0 45* 1700 900 300 800 1500 1500 550 550 ФА1-2П 050 2300 1500 300 800 1500 1500 650 650 ФА1-ЗП 053 2600 1800 300 800 1500 1500 650 650 ФА1-5П 065 3800 3000 300 800 1500 1500 650 650 ФА1-6П 071 4400 3600 300 800 1500 1500 650 650 ФА1-7П 0J7 5000 420Q__ 300^ 800 _1 500 1500_ 650 650 ФА2-1П 0,68* 1700 900 300 800 1800 1800 780 780 ФА2-2П* 0J4 2300 1500 ФА2-ЗП 0,77 2600 1800 ФА2-4П 0,83 3200 2400 300 800 1 800 1 800 780 780 ФА2-5П Р,89 3800 3000 ФА2-6П 0,95 4400 3600 ФА2-7П _1,01_ 5000 4200 . ; * Поперечные сечения выпусков из фундаментных плит здесь и далее принимаются равными поперечным сечениям крайних колонн зданий без мостовых кранов серии 1.423.3, т.е. х &к 300x300 мм. ФА4-1П 0,62 1700 900 ФА4-2П 0,79 2300 1500 ФА44П 0'85 3200 2400 300 800 2100 1800 900 780 ФА4-5П 0£8 3800 3000 ФА4-6П 0,91 4400 3600 ФА4-7П 0,94 5000 4200 _ ФА5-1П* 0,82 1700 900 ФА5-2П 0,88 2300 1500 3™ 2400 300 800 2400 1800 1050 780 ФА5-5П -0,98 3800 3000 ФА5-6П 1,01 4400 3600 ФА5-7П 1,05 5000 4200
ФА6-1П** 1,75 1700 900
ФА6-2П 1,85 2300 1500
ФА6-ЗП 1,89 2600 1800
ФА6-4П 1,93 3200 2400 600 800 2400 2100 1050 900
ФА6-5П 1,97 3800 3000
ФА6-6П 2,01 4400 3620
ФА6-7П 2,05 5000 4200
* Поперечное сечение выпуска ак х f к = 300x30.0 мм.
** Поперечное сечение выпусков ФА6—ФА9 йк х =400x300 мм.
фА7 1П** ФА7-2П ФА7-ЗП ФА7-4П ФА7-5П ФА7-6П ФА7-7П 1,94 '2,02 2,06 2,10 2,14 2,18 2,22 1700 2300 2600 3200 3800 4400 5000 900 1500 1800 2400 3000 3600 4200 600 800 2700 2100 1150 900
ФА8-1П** ФА8-2П ФА8-ЗП ФА8-4П ФА8-5П ФА8-6П ФА8-7П 2,21 2,29 2,32 2,35 2,38 2,41 2,44 1700 2300 2600 3200 3800 4400 5000 900 1500 1800 2400 3000 3600 4200 600 800 2700 2400 1150 1050
ФА9-1П*** ФА9-2П ФА9-ЗП ФА9-4П ФА9-5П 2,42 2,50 2,54 2,58 2,62 1700 2300 2600 3200 3800 900 1500 1800 2400 3000 600 800 3000 2400 1300 1050
w ” Поперечное сечение выпусков ФА6-ФА9ак х5и =400 х 300 мм (см. табл. 1.4),
***См. сноску к ФА6
Марка фундаментов Расход бетону м3
h А ср Л
1 2 3 4 5
ФА9-6П ФА9-7П 2,66 3,00 4400 5000 3600 4200
ФА10-1П* 4,58 1700 900
ФА10-2П 4,67 2300 1500
ФА10-ЗП 4,72 2600 1800
ФА10-4П 4,77 3200 2400 900
ФА 10-5 П 4,82 3800 3000
ФА10-6П 4,87 4400 3600
ФА10-7П 4,92 5000 4200
ФА1 'МПП 5,66 1700 900
ФА11-2П* 5,75 2300 1500
ФА11-ЗП 5,80 2600 1800
ФА11-4П 5,85 3200 2400 900
ФА11-5П 5,90 3800 3000
ФА11-6П 5,95 4400 3600
ФА11-7П 6,00 5000 4200
ФА12-1П* 6,32 1700 900
ФА12-2П 6,41 2300 1500
ФА12-ЗП 6,45 2600 1800
ФА12-4П 6,50 3200 2400 900
ФА12-5П 6,55 3800 3000
ФА12-6П 6,60 4400 3600
ФА12-7П 6,65 5000 4200
Продолжение табл. I.b
Размеры фундамента, мм
а ь пр
6 7 _ _8 _ 9 10
.... — L — ! ————-——
800 3300 2700 1450 1160
800 3600 3000 1550 1300
800 4200 3000 1800 1300
Ы - : Продолжение табл. 1.5
Марка фунда- ментов Расход бетона,
при грунте основания с углом внутреннего трения,
15-22 23-30 31 -37 38—44 15-22 | 23-30 31-37 38-44
при отношении к = Ср / Ьр
0,50 0,75 1,00 1,25 0,50 0,75 1,00 1,25
1 2 11 12 13 14 15 16 17 18
ФА1-1П ФА1-2П ФА1-ЗП ФА1-5П ФА1-6П ФА1-7П 0*45 0,50 0,53ч 0,65 0,71 0,77 107,1x321,4 160,8х х267,8 214,3х х214,3 267,8х х160,8 107,1х х321,4 160,8х х267,8 214,3х х214,3 267,8х х160,8
ФА2-1П 0*,68 ФА2-2П* 0,74 ФА2-ЗП 0,7'7 ФА2-4П 0,83 ФА2-5П 0,89 ФА2-6П 0,95 ФА2-7П 1,01 130x390 195x325 260x260 325x195 130x360 195x325. 260x260 325x195
ФА4-1 П ФА4-2П ФА4-ЗП ФА4-4П ФА4-5П ФА4-6П ы ФА4-6П 0,62 0,79 0,82 0,85 0,88 0,91 0.94 130x150 195x225 257x300 322x375 130x150 195x225 257x300 322x375
Продолжение табл. 1.5
Марка фунда- ментов Расход бетона, м3
при грунте основания с углом внутреннего трения, цР
15-22 23-30 31-37 38-44 - 15-22 23-30 31-37 38-44
при отношении к = Ср / Ьр
0,50 0J5_ _ 1,00 1,25 ~ 0,50 0,75 1,00 1,25
1 2 11 12 13 14 15 16 17 18
ФА5-1П 0,82
ФА5-2П 0,88
ФА5-ЗП* 0,91
ФА5-4П 0,94 130x173 195x260 257,01 х 325x430 130x173 195x260 257,01 х 325x430
х342,85 х342,85
ФА5-5П 0,98
ФА5-6П 1,01
ФА5-7П 1,05
ФА6-1П** 1,75
ФА6-2П 1,85
ФА6-ЗП 1,89
ФА6-4П 1,93
ФА6-5П 1,97
ФА6-6П 2,01
ФА6-7П 2,05
150x172
225x260 300x342,85 375x435 150x171 225x260 300x342,85 375x435
ФА7-1П** 1,94
ФА7-2П 2,02
ФА7-ЗП 2,06
ФА7-4П 2,10 150x193
ФА7-5П 2,14
ФА7-6П 2,.18
225x290 300x385,7 375x482 150x193 225x290 300x385,7 375x482
ФА7-7П 2,22
ФА8-1П**2,21 ФА8-2П 2,29 ФА8-ЗП 2,32 ФА8-4П 2,35 ФА8-5П 2,38 ФА8-6П 2,41 ФА8-7П 2,44 171x193 260x290 342,85х х335,7 435x490 171x193 260x290 ' 342,85х х385,7 435x490
ФА9-1 П*** 2,42 ФА9-2П 2,50 ФА9-ЗП 2,54 ФА9-4П 2,58 ФА9-5П 2,62 171x224 247x322 342,85х х428,57 430x535 171x214 247x322 342,85х х428,57 430x535
ФА9-6П 2,66 ФА9-7П 3,00.
ФА10-1П* 4,58 ФА10-2П 4,67 ФА10-ЗП 4,72 ФА1 ОЛП 4,77 ФА10-5П 4,82 ФА10-6П 4,87 ФА10-7П 4,92 193x243 290x365 365,7х х485,7 480x605 193x243 290x365 385,7х х485,7 480x605
ФА11-1П** 5,66 ФА11-2П* 5,75 ФА11-ЗП 5,80 ФА11-4П 5,85 214x257 320x387 428,57х х514,28 527x645 214x257 320x387 428,57х х514,28 527x645
8
Продолжение табл. 1.5
Марка Расход
фунда- бетона,
ментов
при грунте основания с углом внутреннего трения, <4°
15-22 ’ 23—30 31-37 | 38-44 J 15-22 j 23-30 J 31-37 £ 38-44
при отношении к == Ср / Ьр
0,50
0,75
1,00
1,25
0,50
0,75
1,00
1,25
ФА11-5П 5,90
ФА11-6П 5,95
ФА11-7П 6,00
ФА12-1П* 6,32
ФА12-2П 6,41
ФА12-ЗП 6,45
ФА12-4П 6,50 214x300
ФА12-5П 6,55
ЪА12
ФА12-5П 6,55
ФА12-6П 6,60
ФА12-7П 6,65
320x450 428,57х
хбОО
535x750
214x300 320x450
428,Б7х
хбОО
535x750
Примечание. Ф — тип фундамента; А — тип выпуска из фундамента; первый и второй (1—1, 1—2 и т.д.) цифровые индексы
типоразмеров фундаментов в зависимости от размеров подошв и высот фундаментов; П — типоразмеры пустот в фундамент-
ной плите.
сократить глубину заложения фундаментов под средние колон-
ны с 1,5—4,2 м до 0,5—1,2 м (см. табл. 1.3 и 1.5) за счет замены
подколонника выпуском;
устроить стык между фундаментом и колонной над подом пер-
вого этажа здания (сооружения);
снизить объемы и стоимости земляных работ;
улучшить основные технико-экономические показатели сов-
местной работы фундаментов с грунтами-основаниями за счет
устройства пустот в фундаментных плитах;
соединять выпуски из фундаментов с-колоннами с помощью
типовых стыков, предназначенных для колонн.
* *
Таким образом, в целях существенного расширения областей
применения различных прерывистых фундаментов рекомендуют-
ся' новые конструкции фундаментов и их основные конструктив-
ные элементы и технико-экономические показатели. По основным
технико-экономическим показателям наиболее приемлемыми для
практики проектирования и строительства являются полностью
прерывистые, прерывисто-шпальные и прерывистые фундаменты
в вытрамбованных котлованах. Применение новых решетчатых
фундаментных блоков-подушек, разработанных с учетом арочного
эффекта, и пустотелых фундаментных стеновых блоков взамен
существующих типовых сплошных фундаментных блоков-поду-
шек и стеновых блоков, не только обеспечивает снижение расхода
материалов, но и существенно улучшает основные показатели
совместной работы прерывистых фундаментов с грунтами основа-
ния, и, в частности, обеспечивается лучшее использование расчет-
ных прочностных показателей бетона и железобетона.
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАСЧЕТА ПРЕРЫВИСТЫХ
ФУНДАМЕНТОВ
2.1. ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ СОВМЕСТНОЙ РАБОТЫ ПРЕРЫВИСТЫХ
ФУНДАМЕНТОВ С ОСНОВАНИЯМИ И СПОСОБЫ ИХ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Для исследования совместной работы прерывистых фундамен-
тов с основаниями, а также для разработки методов их расчетов
необходимо из всех показателей совместной работы фундаментов
с грунтами-основаниями выделить важнейшие.
К ним относятся расчетные и предельные деформации (осадки)
и давления грунтов-оснований, расчетные границы сжимаемой тол-
щи оснований, предельные объемлющие траектории скольжения
частиц грунта-основания, расчетные и предельные промежутки
(расстояния) между блоками-подушками прерывистых фундамен-
тов.
Для определения расчетных давлений и осадок грунтов-основа-
ний следует пользоваться соответствующими решениями теории
37
упругости [31]. Что касается определения-расчетной нижней грани-
цы сжимаемой толщи грунтов-оснований, то для этого еще нет
точных решений и она определяется различными инженерными
приемами. Часть из них основана на использовании опытных дан-
ных, а часть на использовании эпюр дополнительных и природных
давлений. Так, например, в СНиП 2.02.01—83 [16] за нижнюю гра-
ницу сжимаемой толщи принимается такая, точка на вертикальной
оси фундамента, в которой дополнительные давления составляют
20% от давления собственного веса грунта.
Расчетные промежутки между блоками-подушками прерывис-
тых фундаментов определяются также различными приближен-
ными способами. В частности^в СНиП 2.02.01—83 [16] и Руковод-
стве [12] этот размер определяют приближенным способом, осно-
ванным на 30%-ном повышении расчетного сопротивления грунта
основания.
Определение предельных давлений грунтов-оснований, объем-
лющих траекторий частиц грунта и промежутков между блоками-
подушками прерывистых фундаментов производится на основе
теории пластичности и давления грунтов над горными выработ-
ками.
2.2. РАСЧЕТ ПРЕРЫВИСТЫМ ФУНДАМЕНТОВ
НА ОСНОВЕ ТЕОРИИ УПРУГОСТИ
Некоторые особенности совместной работы прерывистых фунда-
ментов и оснований на основе теории упругости исследованы в
работах [22, 23]. В результате были построены графики зависи-
мостей приведенных осадок W, т.е. отношений расчетных осадок
прерывистых фундаментов Snp к расчетным осадкам фундаментов
со сплошными подошвами S от расстояний между блоками преры-
вистых фундаментов С при ширине фундаментов &, равной 1,5;
2 и 2,5 м (рис. 2.1, а); отношений площадей блоков-подушек пре-
рывистых фундаментов Fnp к площадям фундаментов со сплошны-
ми подошвами Fn от размеров С (см. рис. 2.1, б); осадок S фунда-
ментов со сплошной и прерывистой подошвами от давлений Р
(рис. 2.2); реактивных давлений Р, поперечных сил Q и изгибаю-
щих моментов М под подошвой ленточных непрерывных и преры-
вистых фундаментов от отношений сторон' блоков-подушек
(рис. 2.3).
Анализ приведенных зависимостей свидетельствует о том, что
приведенная осадка W является функцией не только модуля общей
деформации Ео грунта основания, но и расстояний С и отношения
сторон блоков-подушек и фундаментов. Так, например, если ши-
рина прерывистого фундамента равна ширине непрерывного
фундамента то W > 1, а при ,Ъпр >Б величина W может быть
меньше или больше единицы в зависимости от размера С (см.
рис. 2.1, а). Развитие осадок оснований под прерывистыми фунда-
ментами (по сравнению с непрерывными) отстают-от давлений
38
— Пометодд в И ОС
— По методу эквивалентного слоя
Рис. 2.1. Графики зависимостей IV и РПр /F* от С
a — приведенной осадки от расстояния между блоками-подушками; б — от-
ношения опорных площадей прерывистых и непрерывных фундаментов
от расстояний между блоками-подушками
а)
Р,МПа
6)
--- -----1
Coop 00^00000001
СЩршоооооо?
CoqptJD О О4
а ~ график зависимости осадки различных типов фундаментов от давления;
б — типы фундаментов; 1 — со сплошной подошвой; 2 — прерывистый
с расстоянием между блоками 6 см; 3 — то же, 15 см; 4 — то же, 30 см
S) Расчетные
сечения |
''’МГ’Ж'
н та
Рис. 2.3. Расчетные эпюры для
ленточных непрерывных и
прерывистых фундаментов из
блоков-подушек с отноше-
нием сторон ос
a — реактивных давлений;
б — поперечных сил; в —
изгибающих моментов
39
P = U,2bMfia
Рис. 2.4. График осадок ленточных фунда-
ментов
1 — прерывистых (корпус 4); 2, 3 — не-
прерывных (корпуса 5 и 8)
Рис. 2.5. График осадок ленточных фундаментов
1 — прерывистых (корпус 17)) 2 — непрерывных
(корпус 16)
(см. рис. 2.2) . Отношение Fnp / F является функцией от размера
С и уменьшается по мере увеличения этого размера (см. рис. 2.1,
б). Зоны пластических деформаций оснований под прерывистыми
фундаментами меньше, чем под непрерывными. Пределы пропор-
циональной зависимости осадок от давлений под прерывистыми
фундаментами в 1,5 раза больше, чем под непрерывными (см.
рис. 2.2).
Реактивные давления Р в блоках-подушках прерывистых фунда-
ментов распределяются равномернее, чем в блоках-подушках не-
прерывных фундаментов. При этом увеличение отношения сторон
блока-подушки в направлении, перпендикулярном оси ленточного
прерывистого фундамента способствует выравниванию реактивно-
го давления (см. рис. 2.3).
Поперечные силы Q и изгибающие моменты М в блоке-подушке
прерывистого фундамента меньше, чем в блоке-подушке непре-
рывного фундамента.
В целях проверки этих теоретических результатов в середине
пятидесятых годов выполнялись полевые эксперименты и опытное
строительство частично прерывистых фундаментов [22].
Сравнение показателей совместной работы прерывистых фунда-
ментов с основаниями по данным, полученным в результате теоре-
40
тических расчетов, опытного строительства и полевых эксперимен-
тов подтвердило хорошую их сходимость (рис. 2.4 и 2.5).
На основании этого в Руководстве [12] приводится расчет пре»
рывистых фундаментов с учетом превышения расчетного сопротив-
ления грунта основания в пределах 30%. Основным содержанием
этого расчета является определение расстояния между блоками-
подушками прерывистых фундаментов.
2.3. РАСЧЕТ РАССТОЯНИЯ МЕЖДУ БЛОКАМИ-ПОДУШКАМИ
ЛЕНТОЧНОГО ПРЕРЫВИСТОГО ф¥НДАМЕНТА
Для определения расстояния С между блоками-подушками пре-
рывистого фундамента будем исходить из следующих принципов.
Расчетные осадки S меньше или равны предельно допустимым
осадками So
S<Sn. (2.1)
Расчетные осадки оснований под эквивалентными ленточными
прерывистыми Snp и непрерывными S фундаментами равны
Snp = S, (2.2)
Осадки прерывистых фундаментов определяются с учетом
взаимного влияния, возникающего под подошвой блоков-подушек
S = S6n к, (2.3)
где S — осадка основания под промежуточным блоком-подушкой преры-
вистого фундамента; к — коэффициент взаимного влияния давления под
подошвой блоков-подушек на их осадку, определяется способом угловых
точек [31].
Для определения расчетной осадки основания S под непрерыв-
ным фундаментом воспользуемся следующей расчетной форму-
лой;
S = Pbw (1 -Мо> /Ео, (2.4)
где Р — действующее давление под подошвой фундамента; Ь - ширина
(меньший размер) фундамента в плане; OJ — коэффициент, зависящий
от формы и жесткости фундамента; Ео — модуль общей деформации;
Дд — коэффициент бокового расширения грунта основания.
Аналогично (2.4) расчетная формула для определения осадки ос-
нования под промежуточным блоком-подушкой Ббп примет вид
= ^пр^бл ^бл ”” Мр) / Eq, (2.5)
где РПр ~ давление под подошвой блока-подушки прерывистого фундамен-
та;!^ — длина (меньший размер) блока-подушки в плане; — коэффи-
циент, характеризующий форму и жесткость блока-подушки в плане.
41
Подставляя (2.5) б (2.3), получим
Snp = [^пр^бл ^бл Eq. (2.6)
Затем*, подставив выражения (2.4) и (2.6) в (2.2) , получим
формулу
Рпр^бл ^бл к ~ Р Й (2.7)
Учитывая, что нагрузка Ngn, воспринимаемая промежуточным
блоком-подушкой ленточного прерывистого фундамента на участ-
ке 1бЛ + С, с одной стороны равна:
мбл =РЪ СЦэл + С), (2.8)
а с другой имеет вид
Ngn = ^пр ЬПр^бл ° (2.9)
Приравняв (2.8) и (2.9) и сделав соответствующие преобразо-
вания, получим формулу
PnR = Pb (%л + С) /ьпр1бл. (2.10)
Решая совместно уравнения (2.10) и (2.7) рассчитаем расстоя-
ние между блоками С
С=ЪПр си/о)бл к-1. (2.11)
В формуле (2.11) не содержатся характеристики прочности
грунта основания (угол внутреннего трения и удельное сцепление),
а следовательно, расчет расстояния С между блоками-подушками
прерывистого фундамента по этой формуле недостаточно учиты-
вает совместную работу фундамента с грунтом основания и поэто-
му ниже рассматриваются более совершенные способы расчета
прерывистых фундаментов, в том числе и размера С.
2.4. ОСНОВЫ РАСЧЕТА ПРЕРЫВИСТЫХ ФУНДАМЕНТОВ ПО ТЕОРИИ
ПЛАСТИЧНОСТИ И ДАВЛЕНИЙ ГРУНТОВ НАД ГОРНЫМИ
ВЫРАБОТКАМИ
В основу предлагаемой теории совместной работы прерывистых
фундаментов с основаниями положены теории пластичности (пре-
дельного напряженного состояния) и давления грунтов над кров-
лями подземных горных выработок, а также экспериментально-тео-
ретические исследования совместной работы непрерывных фунда-
ментов и грунтовых оснований, выполненные В.В. Соколов-
ским [24], В.Г. Березанцевым [5], М.И. Горбуновым-Посадо-
вым [31], М.В. Малышевым [8] и другими, а также исследования
42
Рис. 2.6. Расчетная схема предельного напряженно-деформированного состоя-
ния грунта основания под непрерывным фундаментом по В.Г. Березанцеву
напряженного состояния нескальных грунтов над кровлями гор-
ных выработок, > выполненные М.М. Протодьяконовым [10] и
Н.А. Цытовичем [31].
Основные положения теории напряженного состояния оснований
под непрерывными фундаментами следующие:
1. Под ленточным фундаментом строится упругое ядро
(рис. 2.6) с боковыми гранями ас и aici, примыкающее к подош-
ве фундамента под углом и / 4 (на основании опытных данных).
2. Из точек а и проводятся лучи асЦ и a^bi под углом
7F / 2 + ф / 4, затем между этими лучами и вершиной упругого ядра
с вписываются дуги логарифмической спирали rs согласно уравне-
нию
г =ЪеЧ //2, (2.12)
где V — угол, образующий границы .дуги логарифмической спирали.
3. Из точек d и d<j под углом я / 4 — ф / 2 проводятся лучи de и
d-| е-| до пересечения с плоскостью подошвы фундамента.
В итоге получаются искомые предельные поверхности сколь-
жения cde и cd«j e-j.
4. На основе совместного решения уравнений равновесия упру-
гого ядра acb«j и дифференциального уравнения предельного рав-
новесия определяется нагрузка Рп на основание по формуле
= (Ао7о'Ь + В0д + С0Сн)Ь> (2.13)
где А0В0 и Со — функции угла внутреннего трения, определяются по таб-
лицам -В.Г. Березанцева; Сн — удельное сцепление; уо — объемная масса
грунта основания; g = у0 h — пригрузка на уровне подошвы фундамента;
h — глубина заложения фундамента.
5. Из рис. 2.6. определяется также отношение длины I призмы
выпирания к ширине Ъ непрерывного фундамента по формуле
t/b = cosy <^е(я/2 - V’/4)tgf*’ /VTsin (7г/4—<^/2). (2.14)
Рис. 2.7. Расчетная схема пре-
дельного напряженно-деформи-
рованного состояния нескаль-
ного грунта над горными вы-
работками по М.М. Про то-
дьяконов у
Основные положения теории напряженного состояния нескаль- .
ных грунтов над кровлями горных выработок, разработанные
М.Ж Протодьяконовым, и используемые в нашей теори исследую-
щие (рис. 2.7) : над горной выработкой abed в нескальном грунте
образуется несущий грунтовый свод туг- (ьрпчньь зЖю в
результате оседания грунта под тяжестью собственной массы;
несущий грунтовый свод ось m имеет очертание линии
равномерно распределенной нагрузки от собственной массы грун-
та, лежащей над этим сводом; очертание несущего грунтового
"Щд1 Tt> " К? Ю Ы-Ы0 до-сгнил щы’-озжощ шогс своры
описывается уравнением параболы для сыпучих грунтов
X ~ у 2 / |д ф. .* (2 Л 5)
для связных грунтов
2 tg ф'О +с
’ " Ж ' ^2-------------f-----
(2.16|
где х. и у — координаты рассматриваемой точки свода; ф — угол внутрен-
него трения; с — удельное сцепление грунта; (I — сжимающее давление, при
котором определяется сопротивление связного грунта евдигу; Ф2 = Хтах ™
максимальный расчетный полупролет свода. “
44
Высота (стрела) hCB несущего грунтового свода, определяется
по формулам:
для сыпучих грунтов
hce = (2.17)
для связных грунтов
hCB=b2 а + с. (2.18)
Давление на крепи горных выработок определяется по форму-
лам:
для сыпучих грунтов
(Jjj ^2 / tg ip; (2 Л 9)
для связных грунтов
= (^Ь2 - Ф а / tg (Д а + с; (2.20)
где у — объемная масса грунта.
Таковы основы предлагаемой теории совместной работы преры-
вистых фундаментов.
2.5. ТЕОРИЯ СОВМЕСТНОЙ РАБОТЫ ПРЕРЫВИСТЫХ ФУНДАМЕНТОВ
С ОСНОВАНИЯМИ НА ОСНОВЕ УЧЕТА АРОЧНОГО ЭФФЕКТА
Теоретические основы, изложенные в 2.4, недостаточны для
разработки' теории совместной работы прерывистых фундамен-
тов с основаниями на основе учета арочного эффекта, поэтому
дополним их частными и общими закономерностями, вытекаю-
щими из анализа теоретических и опытных исследований совмест-
ной работы нескальных грунтов с непрерывными и прерывисты-
ми фундаментами и с подземными горными сооружениями:
1. Под действием предельной нагрузки Рп под прерывисты-
ми и непрерывными фундаментами в нескальных грунтах обра-
зуются уплотненные грунтовые ядра аса^ и криволинейные боко-
вые предельно напряженные зоны в первой acdfe и во второй
а-1 ссЦм a-j напряженных областях (см. рис. 2.6);
2. В грунтах над кровлями горных выработок и в промежутках
между блоками-подушками прерывистых фундаментов возникают
несущие грунтовые своды (арочный эффект) no-j m (см. рис. 2.7);
3. Грунтовый свод по-| m над горными выработками обращен
выпуклостью вверх, а под прерывистыми фундаментами — выпук-
лостью вниз;
4. Предельное сопротивление грунтов сдвигу над горными вы-
работками, под непрерывными и прерывистыми фундаментами
примерно одинаково;
45
5. Разрушение несущего грунтового свода раньше всего возмож-
но в опорных точках п и m в результате нарушения условий пре-
дельного равновесия;
6. В предельно напряженном грунтовом основании существуют
строго определённые соотношения не только между шириной Ь
фундамента и длиной I призмы выпирания, но и другими размера-
ми и показателями совместной работы фундаментов с основания-
ми;
1. Предельные объемлющие траектории предельно напряжен-
ных грунтов и другие показатели совместной работы фундаментов
и оснований под фундаментами с различной шириной (стороной) b
по форме и геометрическим размерам строго подобны; л
8. В предельно напряженном основании внутри уплотненного
(упругого) ядра перемещение частиц грунта не происходит.
Исходя из указанных опытно-теоретических основ, разработаем
теорию совместной работы прерывистых- фундаментов с основа-
ниями.
Для этого согласно [22] и [10] предельное напряженно-дефор-
мированное состояние основания под блоком-подушкой прерывис-
того фундамента с некоторыми ограничениями приравняем к пре-
дельному напряженно-деформированном/состоянию основания под
эквивалентным фундаментом со сплошной плоской подошвой, а
предельное напряженно-деформированное состояние основания
в промежутках между блоками-подушками — к предельному нап-
ряженно-деформированному состоянию грунта над горными вы-
работками.
В таком случае можно считать, что от действия уплотняющего
давления в промежутках между фундаментными блоками-подуш-
ками в грунтах образуются разгружающие грунтовые своды (яв-
ление арочного эффекта) подобно тому, как это имеет место над
горными выработками.
При этом следует иметь в виду, что под прерывистым фунда-
ментом не грунт оказывает давление на фундамент, как это имеет
место над горными выработками, а, наоборот, грунт испытывает
давление от веса здания и других воздействий через фундамент.
Поэтому при построении разгружающих грунтовых сводов в про-
межутках между фундаментными блоками-подушками будем об-
ращать их выпуклостью вниз относительно поверхности земли,
в отличие от грунтовых сводов над горными выработками, имею-
щими обратную ориентацию относительно той же поверхности.
Кроме того, примем, что основание, характеризуемое углом
внутреннего трения работает совместно с ленточным преры-
вистым фундаментом. Все размеры этого фундамента: ширина
21)? - К расстояние между фундаментными блоками-подушка-
ми С = 1, меньший размер блока-подушки Ьр и относительное
заглубление фундамента h : известны (рис. 2.8)
Исходя из этих аппроксимаций и известных данных, составим
теоретическое представление о предельных объемлющих траекто-
46
/-/
Рис. 2.8. Расчетная схема предельного напряженно-деформированного состоя-
ния грунта основания под прерывистым фундаментом с промежутками меж-
ду блоками-подушками, параллельными оси фундамента, из условия образо-
вания арочного эффекта
а — разрез 1 — 1; б — план; в — диаметрическая схема
риях и предельном напряженно-деформированном состоянии осно-
вания под прерывистым фундаментом.
Для этого предельные объемлющие линии под блоками-подуш-
ками будем строить по методике В.Г. Березанцева, а разгружающие
грунтовые своды (арочный эффект) в промежутках между фунда-
ментными блоками-подушками — по приближенной теории
М.М. Протодьяконова. Тогда, от действия предельной нагрузки Рп
предельные объемлющие линии и предельное напряженно-дефор-
мированное состояние в рассматриваемом основании под ленточ-
ным прерывистым фундаментом с параллельным расположением
промежутков между фундаментными блоками-подушками в об-
щем случае будут иметь вид, показанный на рис. 2.8, а под ленточ-
ным прерывистым фундаментом с перпендикулярным расположе-
нием промежутков между фундаментными блоками-подушками —
вид, представленный на рис. 2.9.
47
/ - /
Рис. 2.9. Расчетная схема предельного напряженно-деформированного состоя-
ния грунта основания под прерывистым фундаментом с промежутками меж-
ду блоками-подушками, перпендикулярными оси фундамента, из условия
образования арочного эффекта
а — разрез 1 —1; б — план; в — разрез 2—2; г — диаметрическая схема
Под действием давления, достаточного для образования мест-
ного предельного напряженно-деформированного состояния осно-
вания под блоками-подушками аЪ и как под фундаментами
со сплошной плоской подошвой, формируются местные* упругие
* Здесь и далее местными упругими ядрами и боковыми напряженными
зонами называются соответственно упругие ядра'и боковые напряженные
зоны, возникающие под отдельными фундаментными блоками-по-
душками '(плитами) прерывистых фундаментов.
48
ядра abc и и местные боковые напряженные зоны со и c-j Oi.
Причем, в промежутках между блоками-подушками полное разви-
тие этих зон во 11 напряженной области ограничено, а в Ш — вообще
исключено, потому что встречное криволинейное перемещение
частиц грунта основания в этих промежутках постепеннд прекра-
щается и завершается образованием разгружающих грунтовых
сводов (явления арочного эффекта). Количество разгружающих
сводов зависит от конструкции прерывистого фундамента. В част-
ности^, под прерывистым фундаментом, изображенным на рис. 2.8,
возможно образование лишь одного разгружающего свода Ьсос^
аоЪ, а под прерывистым фундаментом, показанным на рис. 2.9 —
множество подобных разгружающих сводов. Опорами разгружаю-
щих грунтовых сводов под всеми прерывистыми фундаментами
являются боковые грани местных упругих ядер.
Возникновение разгружающих грунтовых сводов в промежут-
ках между фундаментными блоками-подушками настолько важ-
но, что оно качественно меняет характер напряженно-деформи-
рованного состояния под прерывистым фундаментом. Благодаря
этому прерывистая плоская контактная поверхность прерывисто-
го фундамента превращается в непрерывную криволинейную,
Очертание этой контактной поверхности зависит от конструкции
прерывистого фундамента. Для прерывистого фундамента, пока-
занного на рис. 2.8, непрерывная контактная поверхность имеет
очертание одноволнового параболического свода, а для прерывис-
того фундамента, представленного на рис. 2.9 — очертание много-
волнового параболического свода.
Если после окончания формирования непрерывной контактной
поверхности (разгружающих грунтовых сводов) продолжать
увеличивать давление на грунты основания, то начнется процесс
формирования общего* упругого ядра (см. рис. 2.8)
и общих боковых предельно напряженных зон ао^аеа и
и в некоторый момент, когда давление достигнет предель-
ного значения Рп, возникает общее предельное напряженно-дефор-
мированное состояние основания под всем прерывистым фунда-
ментом так же, как под эквивалентным фундаментом со сплош-
ной плоской подошвой.
Несмотря на внешне родственный характер предельного напря-
женно-деформированного состояния оснований под этими фунда-
ментами, оно качественно различное, как по условиям формиро-
вания, так и по самому характеру напряженно-деформированного
состояния. Так, для достижения напряженно деформированного
состояния оснований под фундаментами со сплошной плоской
подошвой достаточно единственное условие — окончание форми-
рования упругого ядра и боковых напряженных зон, а для наступ-
ления общего предельного напряженно-деформированного состоя»
ния основания под прерывистыми фундаментами, кроме того,
Здесь и далее общими упругими ядрами и боковыми напряженными
зонами называются упругие ядра и боковые напряженные зоны, возникаю-
щие под прерывистыми и непрерывными фундаментами.
49
необходимо образование такого местного предельного напряжен-
но-деформированного состояния основания под всеми блоками-
подушками, в результате которого прерывистая плоская контакт-
ная поверхность превратится в непрерывную криволинейную за
счет возникновения арочного эффекта в грунте в промежутках
между фундаментными блоками-подушками.
Различие в характере напряженного состояния основания под
прерывистым и непрерывным фундаментами заключается еще в
том, что под непрерывными фундаментами грунт в упругом ядре
находится только в упругонапряженном состоянии, а в общем уп-
лотненном ядре под прерывистым фундаментом — в различном
напряженном состоянии. Это объясняется разделением общего
грунтового уплотненного ядра под прерывистым фундаментом
на несколько частей разгружающим грунтовым сводом Ьоа^ (см.
рис. 2.8), а также процессом ограниченного перемещения частиц
грунта выше подошвы блоков-подушек, продолжающегося до
момента окончания формирования разгружающих грунтовых
сводов. При этом грунт внутри разгружающего свода Ъоа-j на-
ходится в ненапряженном состоянии, а внутри местных упругих
ядер аЬс и а^с-р самого разгружающего свода Ъсос-j оЪ и ниже
него (между гранями аоя и Ьоя общего жесткого ядра) — в уп-
ругонапряженном состоянии.
Кроме того, следует отметить, что ограниченное перемещение
частиц грунта выше отметки подошвы блоков-подушек до момен-
та окончания формирования разгружающих сводов является
важным фактором, задерживающим формирование общего грунто-
вого ядра под прерывистыми фундаментами и боковых напряжен-
ных зон.
Определив очертания предельных объемлющих траекторий
скольжения частиц грунта основания под прерывистыми фунда-
ментами, можно определить предельные нагрузки по формулам
В.Г. Березанцева, полученным для определения предельных нагру-
зок оснований под фундаментами со сплошной плоской подошвой.
Методы, позволяющие определить предельные нагрузки на осно-
вания и другие показатели совместной работы их с прерывисты-
ми фундаментами, рассмотрены ниже.
Предельное напряженное состояние основания под прерывис-
тым фундаментом, показанным на рис. 2.9, носит еще более слож-
ный характер, чем в рассматриваемом случае. Основное различие
при этом заключается в том, что в первом случае (см. рис» 2.8)
местные упругие ядра авс, a-flb-j q и разгружающий грунтовый свод
toa^ образовались в плоскости формирования общего уплотненного
ядра аояЪ-| и общих боковых предельно напряженных зон aoadea и
bf оясЦ e-|1q , а во втором случае, как видно из рис. 2.9, общее упру-
гое ядроЪ6ояб6 и боковые предельно напряженные зоныЪ6 oRdebg
и dgoRd-je<|d| образовывались в плоскости, перпендикулярной к
плоскости формирования местных упругих ядер abc — agbgcg
и местных разгружающих грунтовых сводов Ьоа-j — bgOgag.
50
Несмотря на это, основные размеры прерывистых фундаментов
(меньший размер блоков-подушек Ьр’в плане и расстояние между
ними С при разных грунтовых условиях и нагрузках для обоих
типов прерывистых фундаментов одинаковы.
Важнейшие особенности прерывистых фундаментов ^при сов-
местной работе с основаниями. Особенности совместной работы
оснований с прерывистыми фундаментами рассмотрены выше
[21, 22]. К этим особенностям нужно также отнести арочный
эффект и причины, обусловливающие его.
К причинам, обусловливающим арочный эффект в грунтах,
относятся прерывистое расположение блоков-подушек и связан-
ное с ним ограниченно^ движение частиц грунта основания по кри-
волинейным траекториям в промежутках между блоками-подуш-
ками, а также ограниченное поступление частиц грунта выше по-
дошвы блоков-подушек.
Одновременно эти особенности являются факторами, задержи-
вающими процессы формирования общего уплотненного ядра
аояЬ-| и боковых предельно напряженных зон aoHdea и оясЦ е-|Ъ
под прерывистыми фундаментами (см. рис. 2.8).
В целом эти особенности характерны тем, что они хорошо объяс-
няют природу совместной работы оснований с прерывистыми фун-
даментами и особенно характер предельного напряженно-деформи-
рованного состояния оснований под этими фундаментами. Так,
например, более равномерное распределение напряжений в основа-
ниях под прерывистыми фундаментами или большие пределы про-
порциональной зависимости между напряжениями и деформациями
оснований лучше всего объясняются арочным эффектом и
образованием в результате этого грунтовой непрерывной контакт-
ной поверхности в промежутках между блоками-подушками.
Особый характер напряженно-деформированного состояния
основания под прерывистым фундаментом заключается также в
том, что наступление местного предельного напряженно-деформи-
рованного состояния основания не означает наступления общего
предельного напряженно-деформированного состояния основа-
ния.
Следовательно, из всех перечисленных особенностей совмест-
ной работы прерывистых фундаментов с основаниями важнейшим
является арочный эффект, потому что он является результирую-
щим и объясняет напряженно-деформированное состояние основа-
ний под прерывистыми фундаментами.
2.6. МЕТОДЫ РАСЧЕТА ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ ПРЕРЫВИСТЫХ
ФУНДАМЕНТОВ, РАЗРАБОТАННЫХ С УЧЕТОМ АРОЧНОГО ЭФФЕКТА
На основе вышеизложенной теории совместной работы преры-
вистых фундаментов с основаниями в работе предложены три но-
вых метода расчета основных размеров ленточных и других преры-
вистых фундаментов.
1-й метод расчета основан на принципе вписания внутри упру-
гого ядра несущего грунтового свода (арочного эффекта).
51
Рис. 2.10. Расчетная схема предельного напряженно-деформи-
рованного состояния грунта основания под центрально
нагруженным прерывистым фундаментом при ос 45°
2-й метод. — на использовании боковых граней упругого ядра
и части боковых предельно напряженных зон в качестве элементов
несущего грунтового свода.
В 3-м методе полусводы несущего грунтового свода рассматри-
ваются как криволинейные подпорные стенки, вызывающие в
грунте-основании предельное напряженно-деформированное состоя-
ние под действием предельной нагрузки.
Во всех трех методах учитывается, тот факт, что благодаря воз-
никновению арочного эффекта в грунтовых основаниях прерывис-
тая подошва прерывистого фундамента превращается в непрерыв-
ную. На этом основании ширина или сторона прерывистого фунда-
мента приравнивается к расчетной ширине или стороне эквивалент-
ного непрерывного фундамента, а удельное давление на грунт-осно-
вание под прерывистым фундаментом приравнивается к давлению,
возникающему под непрерывным фундаментом.
1-й метод (рис. 2.10). При известных значениях угла внутренне-
го трения у? и удельного сцепления С грунта-основания, опреде-
лим глубину заложений h и ширинуb = 2 Ьз ленточного непрерыв-
ного фундамента в обычном порядке. Под подошвой этого фунда-
мента строим по методике В.Г. Березанцева упругое ядро aobi и
боковые напряженно-деформированные зоны aodea и 1о1 осЦ
На основании ранее изложенной гипотезы, параллельно предель-
ным плоскостям de и d^e-j призмы выпирания внутри упругого
ядра аоЪ-5 из точек а и Ь проводим возможные предельные плос-
кости выпирания аоя иЪ^О2 до взаимного пересечения в точке Of.
Пользуясь в песчаных грунтах уравнением (2.4), а в глинистых
грунтах (2.5) внутри возможных предельных поверхностей сколь-
жения (выпирания) ао^ и ©2 вписываем параболический несу-
щий грунтовый сводЪо2а так, чтобы он касался плоскостей ао<| и
'bi 02-
В результате масштабных построений из рис. 2.10 определим
интересующие характерные размеры ленточного прерывистого
52
фундамента (расстояние между блоками-подушками, расчетный
пролет несущего грунтового свода 2 Ъ1 и меньший размер фунда-
ментного блока-подушки Ьр = b2 — bi) °
- Предельную нагрузку Рп на грунтовое основание и отношение
Ш определим соответственно по формулам (2.13) и (2.14) исхо-
дя из того, что размеры Ъ = Zb2; h; l/b и другие показатели пре-
дельного напряженного состояния грунта-основания под эквива-
лентными и прерывистыми фундаментами равны между собой
(см. рис. 2.10).
Характерные размерь! и Ьр, найденные графическим путем,
можно определить и аналитическим способом. Для этого из рис.
2.7 найдем
+ЬСВ tg (45° - (2.21)
После подстановки значений hCB из (2.17) и (2.18) в (2.21) по-
лучим величинудля:
песчаных грунтов
Ь, р - 19 (4SO- -ЩЬ <2.22)
глинистых грунтов
Ъ| =Ьг [1------------------ tg (45° - ---)]• (2.23)
tg ф ° 0 + с 2 J
Из рис. 2J0bp -Ъ2 - Ьр (2.24)
Подставляя уравнения (2.22) и (2.23) в (2,24) рассчитаем
Ърдля:
песчаных грунтов
= Ъ2 ( - I 1 - —1— (45°----------j У , (2.25)
I L tg 0 v 2
глинистых грунтов
VhM-------------------------tg (450 - -) ] I. (2.26)
L ’’’ tg ф0 а + С 2 " )
Для возможности определений размера Ьр через известную
величину Ър (сторона квадратного или меньшего размера прямо-
угольного блока-подушки в плане), составим отношение hi/Ьр,
пользуясь уравнениями (2.22—2.26).
Тогда в песчаных грунтах
h--/-- tg(45o_
ъ, =Ьрс_щ^_Д__________i/l
1 - [l--1- tg (45° - ]
tg 2
(2.27)
53
Рис. 2.11. Графоаналитическое определение основных размеров прерывистого фундамента с учетом образования арочно-
го эффекта в грунте основания между блоками-подушками
----— — предельные линии скольжения частиц грунта, построенные по формуле (2.12); - предельные
линии скольжения частиц грунта, построенные по формуле (2.27).
а в глинистых гоунтах
bl -Ър
•5-------------------tg (45° -
tg о + с 2
'(2.28)
tg ф°(У + с
2-0 метод. В качестве элементов грунтового разгружающего
свода используем упругое ядро и боковые предельно напряжен-
ные зоны, возникающие в основаниях под непрерывными фунда-
ментами, а именно, боковые грани ас и Ъс упругого ядра (рис.
2.11) примем за опорные пяты, а части предельно напряженных
зон, описываемые дугами логарифмических спиралей, за полусво-
ды doc и doq разгружающего грунтового свода и определим
искомое расстояние между блоками-подушками прерывистого
фундамента.
Для этого под непрерывным фундаментом шириной b по-
строим предельные объемлющие траектории скольжения по при-
ближенной методике В.Г. Березанцева. Затем параллельно плос-
кости подошвы фундамента аЬ проведем касательную kt к пре-
дельной дуге логарифмической спирали для получения их общей
точки do. Из точки а опустим перпендикуляр до пересечения с ка-
сательной k 1 до точки а* . В результате получим отрезок a'do —
расстояние от грани блока-подушки до центра разгружающего грун-
тового свода и линию аа* = aodo, отсекающую от дуги логарифми-
ческой спирали ту часть, которую следует принять за полусвод
разгружающего грунтового свода..
От исходного ленточного фундамента at на расстоянии 2 a'd0
влево или вправо расположим ленточный фундамент а^, равный
по ширине исходному. Под этим фундаментом построимместное
упругое ядро a«|1qq и предельную кривую поверхность скольже-
ния doq таким образом, как было описано.
Из краевых точек а-j и Ь этих фундаментов проводим касатель-
ные a-|dH и*Вйя к дугам логарифмических спиралей doc и
до точки их пересечения для получения общего уплотненного
ядра а«|bdR под прерывистым фундаментом.
Из вершины dR общего ядра в пределах я — а описываем дуги
логарифмических спиралей по формуле:
rs=------1--->_ e(Jr-a-p)ig f ¥> , (2 27)
2 cos а
где а — переменный угол, зависящий от изменений угла внутреннего тре-
ния грунта основания, определяется непосредственно из графических
построений.
Затем под углом я / 4 — / 2 проведем касательные dnd^ и
dnd^ к дугам логарифмических спиралей dRdn и dHdn до Пересе-
55
чения их с плоскостью подошвы фундамента и соединим краевые
точки и b фундаментов сначала с общими тачками dn и dn
касательных и dnd^ и дуг логарифмических спиралей dadn
и dRdn, а потом с точками d-j и d| пересечения этих касательных
с плоскостью подошвы фундаментов.
В результате выполнения этих построений графически опреде-
лились все интересующие нас параметры (расстояние 2 аа0 = с меж-
ду блоками-подушками прерывистого фундамента, предельная
объемлющая поверхность скольжения didndRdnd3 основания под
прерывистым фундаментом af'b и отношение с/Ьр.
Определив предельные объемлющие поверхности скольжения
под прерывистыми фундаментами по изложенному методу, найдем
соответствующую им предельную нагрузку Рп по формуле (2.13)
В.Г. Березанцева.
Приведенные графические построения также показывают, что
размеры предельных напряженно-деформированных зон, получен-
ные по формулам (2.12) и (2.27) близки друг к другу.
Для грунта основания с = 45°, угол а, влияющий на размерь?
общего уплотненного ядра adRb и боковых предельных напряжен-
но-деформированных зон больше 45° — угла примыкания боко-
вых граней уплотненного ядра к подошве прерывистого фундамен-
та а/о лишь на 7°, а для грунта основания с (р < 15°, это различие
исчезает. Следовательно, изложенные методы расчета прерывистых
фундаментов и оснований друг от друга отличаются незначительно.
Методы расчета С, Ьр и Ъ разработаны для ленточных прерывис-
тых фундаментов, но ими можно пользоваться для определения
этих же размеров для любых прерывистых и решетчатых фунда-
ментных блоков-подушек. Основанием для такого вывода являет-
ся возникновение однотипного напряженно-деформированного сос-
тояния в грунтах основания под различивши прерывистыми фунда-
ментами и решетчатыми фундаментными блоками-подушками.
3-й метод. Из прерывистого фундамента выделим произвольный
промежуточный участок 21ь, состоящий из двух фундаментных
блоков-подушек с меньшими сторонами Ьр и промежутка 2 1Ь‘|
между блоками-подушками (рис. 2.12) и построим под этим участ-
ком масштабную расчетную схему предельного напряженного сос-
тояния грунта-основания следующим образом.
Впишем, разгружающий грунтовый свод ВД-jAj в промежуток
2 между блоками-подушками *Ьр согласно уравнения (2.18)
проф. h/LWL Ягютодъякснова в виде
ьсв =bi/tg<p + a, (2.28)
гд®Ь<| — полупролет разгружающего свода.
а с / а. (2.29)
Учитывая, что под фундаментом грунт-основание воспринимает
пассивное давление, дадим грунту-основанию в пределах hCB пре-
дельное перемещение от оси симметрии (рис. 2,13, 1, 2).
56
Рис. 2.12. Общий вид предельного напряженно-деформированного состояния
основания под прерывистым фундаментом из условия возникновения ароч-
ного эффекта
Рис. 2.13. Расчетная схема ленточного прерывистого фундамента в промежут-
ках между блоками-подушками из условия образования арочного эффекта
в основаниях
Тогда по обе стороны от оси симметрии (рис. 2.13, Г) возникнут
боковые грунтовые клинья АДД-j и ВДД-j под углом 45° — ф / 2
к подошве блоков^подушек АВ и A-j B-j. Но, как видно, из масштаб-
ного рис. 2.13, 2S предельные поверхности сдвига Afli и в
общем случае частично оказываются внутри предельного разгру-
жающего свода ВД-jA^ и могут вызвать разрушение его, а, следо-
вательно, и запредельное напряженное состояние основания.
Во избежание этого недопустимого явления и обеспечения сох-
ранности предельного напряженного состояния основания под пре-
рывистым фундаментом проведем касательные Д2В2 II Д1и
57
Д2А2 II Д^А соответственно к полусводам Д-jA-i и Д? В до Пересе»
чения их с осью ДД2 и с плоскостью подошвы фундамента, а затем
на участках AjB - АПВ2 = через одноименные блоки-подушки
приложим предельную нагрузку Рп.
В результате этих построений мы получим искомую расчетную
схему предельного напряженного состояния основания под участ-
ком 2 Ъ2 ленточного прерывистого фундамента.
Пользуясь правой частью этой расчетной схемы и известными
величинами hCB, Ъ-j 7 и С по рис. 2.13, 2 найдем искомые величины
*Ьр = A-j В1 и Ъ2
Ь2 +^р'
(2.30)
С другой стороны
-b2=hCB/tg (45° - /2).
(2.31)
Приравнивая правые части (2.30) и (2.26), находим, что
1
- 1 .
L (tg у?+ a) tg (45° - у? / 2)
(2.32)
Подставляя (2=32) в (2.30) получим:
Ъ2 = 1 / (tg Ф + а )tg(45° - / 2). (2.33)
Уравнения (2.32) и (2.33) справедливы для случая, когда ка-
сательная Д2В2 к полусводу Д-jAi накладывается на след пределы»
' ной поверхности Д-^ B-j скольжения частиц грунта-основания и
имеет место, когда угол внутреннего трения грунта-основания не
более 20° (см. рис. 2.13, /). Примерно при > 20° касательная
Д2В2 к полусводу Д] Af располагается ниже предельной поверх-
ности Д1 B-j и вызывает удлинение размера Ър на неизвестную ве-
личину хр (см. рис. 2.13, 2).
хр = d / sin (45° — ^ / 2),
(2=34)
где
d = (А хо + В у0 + С) / Уд2+"в2. (2.35)
Для нахождения точки к (х0 у0) касания поверхности Д2В2 н
полусводу Д-| A-j возьмем первую производную из уравнения
у = х2 /Ъ (tg + а), (2.36)
=2xo/‘bl (tg<p + a), (2.37)
имея в виду, что
58
V* =tg (45°-^/2), (2.38)
л “ я 'ф
решим совместно уравнения (2.37) и (2.38) относительно х
2 хо /bi (tg <р + а) = tg (45° - ^ / 2);
х0=Ъ, (tg<^+a) tg (45° — yP / 2) /2. (2.39)
Подставляя (2.39) в (2.36) при х = х0 получим:
у =“bi (tg + a) tg2 (45° -</>/2)7 4. (2.40)
Чтобы найти расстояние d (см. рис. 2.13, 2), предварительно опре-
делим его уравнение при (О; О) и 0] ( Ъ ; h£B );
(х - x-j) / (к2 - х«|) = (у ~ у1) / (у2 - Ур ; (2.41)
hCB -х- Ъ у =0. (2.42)
Подставляя в (2.35) выражения (2.28), (2.33), (2.39) и (2.40)
находим
2.
d = ±ТЛ9 J45_o_- *£2)___________, (2 43)
Wh*B +b'2
где
/1 7 / Я7
V hdB +b'>=V---------------+---------------------------(2.44)
(tg + a) (tg ф + a) 2 tg2 (45°-y> / 2)
или
(tg^ + a) sin (45° — ф/2)
С учетом ,(2.44)
b] tg (45° -ф/ 2) sin (45° - ф / 2) (1дф + а)
4
Для определения xp опустим из точки перпендикуляр ВВ1 ||
|| KKi до касательной D^Bf. и найдем его значение из (2.34) суме-
том (2.45) :
Sj tg (45° - ф / 2) ( tg ф + a)
х =-------------- (2Л6)
J- л
59
Согласно рис. 2.13, 2 скорректированный меньший размер бло-
ка-подушки Е$2 =,Ьр состоит из
Ьр=Ц + хр. (2.47)
С учетом (2.32) и (2.46)
2
[2- (tg $ + a) tg (45°~~^/2) ]
Ър =Ъ1 ———————— (2.48)
4 { tg ф+ a) tg (45° — у? / 2)
или, заменяя а его значением из (2.29), получим:
[ 2 - (tg + V ) tg (45° - <р / 2)] 2
ЬР=Ъ1------------'--------------- (2.49)
4 (tg^ + -с- ) tg (45° - /2)
В том случае, когда меньший размер Ьр блока-подушки из-
вестен, целесообразно величину*^ находить из (2.49) :
4 ^tg у? + -~-j tg (45° - у? / 2)
hl =Ьр -------------------———. (2.50)
[2 ™ (tg у? + -|г J tg (45° - у; / 2) J 2
Имея опытные данные о величинах у>, С о и задаваясь меньшим
размером Ър фундаментного блока-подушки, уравнение (2.50)
позволяет определять полурасстояния (полупролеты) Ъ-| между
блоками-подушками в ленточных прерывистых фундаментах,
работающих совместно с глинистыми основаниями, а следователь-
но, и — искомые расстояния 2 b-j.
2.7. РАСЧЕТ ВАЖНЕЙШИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СОВМЕСТНОЙ РАБОТЫ •
ГРУНТА ОСНОВАНИЯ И ЛЕНТОЧНОГО ПРЕРЫВИСТОГО ФУНДАМЕНТА
С ПЕРЕМЕННЫМ ПРОДОЛЬНЫМ СЕЧЕНИЕМ
Ленточный прерывистый фундамент с переменным продольным
сечением состоит из квадратных фундаментных столбов, образуе-
мых из фундаментных блоков-подушек 7 и стеновых блоков 2,
из фундаментных стеновых панелей 3, располагаемых между этими
фундаментными столбами и из железобетонного обвязочного поя-
са 4 (см. рис. 1.4).
Из [3; 28] следует, что этот фундамент по сравнению с фунда-
ментом с постоянным продольным сечением характеризуется ря-
дом лучших технико-экономических показателей и, в том числе,
он изменяет напряженно-деформированное состояние грунта осно-
вания и фундамента из плоского в плоско-пространственное.
Благодаря этому существенно увеличивается предельная нагруз-
ка на грунт основания, снижается материалоемкость и стоимость
устройства фундамента.
60
Для доказательства изложенного определим важнейшие техни-
ко-экономические показатели совместной работы этого фундамен-
та с грунтом основания.
Из всех показателей совместной работы грунта основания и лен-
точного фундамента с переменным продольным сечениеКл основ-
ными являются предельная и расчетная нагрузки на грунт основа-
ния и расстояния между блоками-подушками фундамента.
Из рис. 1.4 видно, что предельная нагрузка Ркп на грунт осно-
вания под предлагаемым фундаментом слагается из предельных
нагрузок, возникающих под квадратными Рк и ленточными Рл
фундаментными блоками-подушками и определяется по форму-
ле:
Ркп =пк Рк+ (п-1) Рп, (2.51)
где пк — число квадратных фундаментных блоков-подушек.
Для определения предельной нагрузки Рк под центрально-на-
груженными квадратными блоками-подушками воспользуемся
формулой В.Г. Березанцева [27].
л / "Ь К” \
Рк ~ ак Ьк у^к Т ”*2™ + + ^к • (2.52)
где ак и 'Ьк — большая и меньшая стороны фундаментного блока-подуш-
ки (плиты)'; Ак, Вк, Ск — коэффициенты, являющиеся функциями угла
внутреннего трения грунта ф, определяются по формулам и графику В.Г. Бе-
резанцева [б]; у — объемный вес грунта; сн — нормативное удельное сцеп-
ление грунта; q=) 63 — пригрузка на уровне подошвы фундамента; Нз —
глубина заложения фундамента.
Предельная центрально-приложенная нагрузка Рп на грунт осно-
вания под ленточным фундаментом определяется по формуле
Рп = ч Ьк (Ао 7ЪК + ВоЧ, + со сн), (2.53)
где Ьк и 1ф — ширина и длина ленточного фундамента; Ао, Во и Со — коэф-
фициенты, зависящие от угла внутреннего трения $ грунта, определяются
по формулам и графику, приведенным в [27].
Величины 7, q и сн имеют те же значения, что и в (2.52).
В (2.53) вместо действительной ширины Ьл ленточной части
фундамента с переменным продольным сечением введена сторо-
на (ширина) 1>к квадратного фундаментного блока-подушки этого
фундамента, потому что, согласно [11] под действием внешней
нагрузки от веса здания (сооружения) в грунте основания между
фундаментными квадратными блоками-подушками формируются
несущие грунтовые своды (арочный эффект) и, благодаря этому,
частично прерывистая подошва фундамента с переменным продоль-
ным сечением превращается в непрерывную (сплошную) с шири-
ной Ъп.
Подставляя (2.52) и (2.53) в (2.51), получим величину пре-
дельной центрально-приложенной нагрузки Ркп на грунт основания
61
под ленточным фундаментом с переменным продольным сечением
мелкого заложения
Ркп ~ пк ак 7 ~~2~ + Вк Ч + Ск cMJ + (п — 1) Ък $ (Ао*
*уЪк +Ь© q + Со сн). (2.54)
При известном значении Ркп из (2.54) определим расчетную
центрально-приложенную нагрузку Ркп (р) на. грунт основания
под ленточным прерывистым фундаментом с переменным про-
дольным сечением мелкого заложения.
Для этого, следуя В.Г. Березанцеву [5], примем, .что
Ркп (р) Ркп ./
(2.55)
где XI — коэффициент запаса прочности грунта основания равен 2,5—3.
Расчетное расстояние между фундаментными блоками-
подушками, согласно [25], следует определять с учетом образо-
вания несущих грунтовых сводов (арочного эффекта) в грунте
основания между этими блоками-подушками предлагаемого фун-
дамента. Решение этой задачи приведено в работе [11] и на рис.
2.13 и имеет вид
1>, (2.56)
где — нормативный угол внутреннего трения грунта основания; сн —
нормативное удельное сцепление грунта основания* О — нормальное давле-
ние, при котором получены опытные значения фИ и с .
В заключение рассмотрим примерь? расчета основных показате-
лей совместной работы ленточных фундаментов с постоянным и
переменным продольными сечениями, и полученные результаты
сравним между собой.
Примем следующие исходные данные для расчетов:
1. Железобетонные фундаментные плиты марки Ф-20 (ГОСТ
1380—68) [6] шириной ф = Ък = 2000 мм, длиной Ь;к = 2^б + 20 =
= 2x1180+20 = 2380 мм, высотой h = hg = 500 мм, длиной кон-
солей ск ~ 500 мм.
2. Бетонные фундаментные стены ФСН-6 (ГОСТ 13579—68)
шириной ф = Ъсф = 600 мм, полудлиной Ъср = 590 мм, высотой
h = Исф = 280 мм.
3. Железобетонные фундаментные стеновые панели толщиной
Ъл =100 мм и высотой hc = 2000 мм.
4. Железобетонный обвязочный пояс длиной = 1ф = 23,72 м,
шириной Ьп = 300 мм и толщиной hn = 200 мм.
62
5. Толщина швов между Ф-20 и ФСН-6 — 20 мм.
6. Глубина заложения фундамента hg = 2,0 м, а длина его =
-23,72 м.
7. Грунт основания — мелкий песок с углом внутреннего трения
Ф = 32° и удельным сцеплением сн = 0,0002 МПа; о = 0,1 МПа —
давление, при котором определены фн и сн. Объемный вес грунта
основания у = 17 кН/м^. Пригрузка q - у h = 17x2,0 = 34 кН/м2.
При ленточном фундаменте, согласно табл. 13 [5] Ао = 14,30;
Во = 24,70; Со = 38,0, а при квадратном фундаменте, согласно
табл. 14 [5],АК=48,8; Вк^45,5; Ск=71,5.
8. Для получения фундаментной плиты^ близкой по форме к
квадрату^ будем применять спаренные плиты Ф-20 с = 2x1,18 +
+0,02 = 2,38 м в количестве псп = 6 парсили 12 штук.
Сначала определим основные показатели совместной работы
грунта основания и ленточного прерывистого фундамента с пере-
менным продольным сечением.
1. Расстояние между спаренными фундаментными плитами
Ф-20 определим по (2.56)
!а = 2x1,18
2+ (0,63 + 0,02) 0,5б
2 - (0,63 + 0,02) 0,55
- 1 - 1 = 1,83 м.
С учетом толщины шва между двумя Ф-20 примем Ла = 1,85 м.
2. Общая длина ленточных стеновых панелей Vc*n =1 — (псп —
~1) =23,72 - (6-1) = 18,72 м.
3. Длина одного ленточного участка фундамента (панели)
К|ф =^сф / ^сп 1 ~ 18,72 : 5 = 3,74 м.
Предельную нагрузку Ркп под центрально-нагруженным лен-
точным прерывистым фундаментом с переменным продольным
сечением определим по (2.54)
Ркп = 6х 2,38 х 2 (48,8 х х 1,7 + 45,5 X 3,4 + 71,5 х 0,2) +
+ 5 х 2 х 1,85 (14,3 х 1,7 х 2,0 +24,7 х 3,4 + 38,0 х 0,2) =99900 кН
или на один погонный метр фундамента 9990/23,72 = 4160 кН.
Расчетная нагрузка при т? = 3 по (2.55)
Pnfp)=4160/3 = 1386,6 кН.
Предельная нагрузка Рп под ленточным фундаментом с постоян-
ным сечением по (2.53)
Рп = 23,72 х 2 (14,30 х 1,7.x 2 + 24,70 х 3,4 + 38,0 х 0,2) =
= 47,44 (48,6 + 64,0 + 7,60) =66500 кН или на 1 пог. м; 6650/23,72 =
= 2800 кН.
Расчетная нагрузка при 7? = 3 по (2.55)
63
T а б л и ц а 2.1 .'Объемы и стоимости основных элементов фундаментов с постоянным
и переменным продольными сечениями
Наименование конструктивных элементов фундаментов Размеры элементов, м Объемы элементов, м3 Коли- чество элемен- тов, м3 Общий объем эле- ментов, м3 Стоимость единицы изме- рения, руб. Общая стоимость, руб.
1 2 3 4 5 6 7
1. Основные элементы фундамента с постоянным продольным сечением
Блоки-подушки Ф-20 х ^6 х hg - 1,18 х 2,0 х 0,5 1,18 20,1 29,8 60 1180
Стеновые блоки ФСН-6 t €ф к Ьсф х ^сф — 1,18 X 0,6 X. х 0,28 0,71 100,5 71,5 42 3000
Итого . . . - - - - 4180
П. Основные элементы прерывистого фундамента с переменным продольным сечением
Блоки-подушки Ф-20 1=6 х ^6 х h6 = 1,18 х 2,0 х 0,5 1,18 1,18 12 14,15 60 850
Стеновые блоки ФСН-6 ^ср х ^cd । х Ьсф =—— 0,06 х 6 10 10 42 456
х 0,28 2
Железобетонные стеновые 1_лф х Ьл х he =3,74x0,10x2 0,75 5 3,75 60 225
Железобетонный обвязоч- ный пояс 1пхЬп X hn = 23,72 х 0,3 х 0,2 1,42 1 1,12 60 85,2
Итого. . . 1616,2
Рп(рГ 2800/3 = 933 кН.
Отношение Ркп / Рп = 99900/66500 = 1,5; ta /^зк 1,85/2,0 =
= 0,92; гпф /Ьсф = 3,74/0,69 = 6,45.
Объемы фундаментных материалов ленточных фундаментов с
переменными и постоянными продольными сечениями и их стои-
мости приведены в табл. 2.1.
Из полученных расчетных данных следует, что применение лен-
точных прерывистых фундаментов с переменным продольным се-
чением взамен эквивалентных фундаментов с постоянным продоль-
ным сечением при грунте основания — 32°, позволяет получить
следующие технико-экономические результаты:
1. Напряженно-деформированное состояние грунта основания и
фундамента изменяется из плоского в плоско-пространственное.
Благодаря этому повышается предельная нагрузка на грунт основа-
ния в 1,5 раза и это соответственно позволяет уменьшить ширину
фундамента.
2.'Снижается стоимость устройства фундаментов на 4180,00 —
- 1616,20 = 2563,80 руб. или 61,5%.
2.8. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДЕЛЬНОЙ И РАСЧЕТНОЙ НАГРУЗОК ГРУНТА
ОСНОВАНИЯ ПОД ЛЕНТОЧНЫМ ПРЕРЫВИСТЫМ ФУНДАМЕНТОМ
С ПЕРЕМЕННЫМ ПРОДОЛЬНЫМ СЕЧЕНИЕМ И С НАКЛОННЫМИ
БОКОВЫМИ ГРАНЯМИ БЛОКОВ-ПОДУШЕК
Ленточный прерывистый фундамент с переменным продоль-
ным сечением и с наклонными боковыми гранями блоков-поду-
шек (фундаментных плит) от других прерывистых фундаментов
отличается наличием наклонных боковых граней блоков-подушек
(см. рис. 1.5).
Устройства фундаментов с наклонными боковыми гранями
блоков-подушек (фундаментных плит) существенно повышает
несущую способность грунта основания, потому что под действием
веса зданий (сооружений) между грунтом основания и наклонны-
ми гранями фундаментных плит возникают значительные силы
трения, которые ’ необходимо учитывать при расчете предельной
и расчетной нагрузок на грунты основания.
Для этого воспользуемся рис. 1.5, из которого видно, что пре-
дельная нагрузка грунта основания с учетом трения Ркп под ленточ-
ным прерывистым фундаментом с наклонными боковыми граня-
ми фундаментных плит (блоков-подушек) можно определять из
выражения:
Ркп=пкРк+ (пк-1) Рп+Ртр + Рп, (2.57)
В
где Рк; Рп; Пк — имеют те же значения, что и в уравнении (2.51); Ртр —
вертикальная составляющая силы трения; — предельная нагрузка кли-
новидной части фундамента с углом наклона йи шириной 2 (Ьр — а*). Пре-
дельные нагрузки основания под квадратными Рк и под ленточными Рп
фундаментными плитами, по-прежнему, будем определять по формулам
(2.52) и (2.53).
3-361 ЙК
Часть предельной нагрузки грунта основания Рптр, связанная
с силами трения, примем равной предельной касательной состав-
ляющей тс напряжения и определим ее по формуле
Рт = F / тд / nK = F ос tg ф, (2.58)
где ас — нормальное напряжение, возникающее по наклонной боковой
поверхности блока-подушки; F — площадь всех наклонных боковых по-
верхностей одного блока-подушки, определяется из рис. 1.11 по форму-
ле
F = 2(bp + a') —(2.59)
cos а
где Ър и аГ — соответственно верхние и нижние стороны наклонных боко-
вых граней блоков-подушек; h — высота блока-подушки; Ct — угол-накло-
на боковых граней блоков-подушек.
С учетом выражения (2.59) уравнение (2.58) имеет вид
h
Ртр = 2 (Ър + а') пк ас tg ----, (2.60)
cos а
о'Ь
а вертикальная составляющая Ртр силы трения Ртр определится
по формуле:
Ъ
Ртр = 2 (Ър + а ) пк • h • ас tg а. (2.61)
Для определения предельной нагрузки грунта основания под
клиновидной частью фундамента Р^ воспользуемся уравнением
М.Ш. МинцковскоНо* в виде
Д
рп = 4 ПК (Ър - а ) СГС (1 + tg Ф ctga). (2.62)
Нормальное напряжение ос, входящее в уравнения (2.58),
(2.60) и (2.62), можно представить в виде
ос - Р.< cos (2.63)
Подставляя Р'к = Рк / ("(ф- Ьк); тогда
Ос = Рк cos / (1фвЬД (2.64)
Подставляя зависимости (2.52), (2.53), (2.61), (2.62) и (2.64)
в уравнение (2.57), получим:
^кп “ пк ак 7 2 +^K*4 + CK-cH) + (hK — 1)|ф'Ькх
*(А0 т-Ьк +В0-g +Сосн) + 2 (Ьр + а') h п — х
рк
*cos<p tg^ + 2nK (bp-az) ——- (1 + tg $ ® ctg a). (2.65)
гф bK
* Минцковский М.Ш. К вопросу устойчивости оснований ленточных фун-
даментов. — В кн.: Доклады к У1 международному конгрессу по механике
грунтов и фундаментостроению. — М.: Стройиздат, 1965.
66
При известном значении Ркп можно приближенно определить
расчетную нагрузку Ркп (р) грунта основания под ленточным пре-
рывистым фундаментом с переменным продольным сечением и
наклонными боковыми гранями фундаментных плит (блоков-по-
душек) по формуле (2.55).
Технико-экономические расчеты с исходными данными, приве-
денными в примере 2.7 при угле наклона боковых граней блоков-по-
душек а= 15°, показывают, что учет трения, возникающего под весом
здания (сооружения) между грунтом основания и наклонными
боковыми гранями фундаментных блоков-подушек (плит), поз-
воляет, во-первых, повысить предельную нагрузку на грунт основа-
ние в 1,92 раза и, во-вторых, снизить стоимость устройства фунда-
ментов на 2,78 тыс. руб^или 66,7% по сравнению с имеющим по-
стоянное продольное сечение ленточным фундаментом.
2.9. ГРАФОАНАЛИТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРЕДЕЛЬНО
НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННЫХ ГРУНТОВЫХ ЗОН
И ПРЕДЕЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ ГРУНТА ОСНОВАНИЯ
ПОД ЛЕНТОЧНЫМ ПРЕРЫВИСТЫМ ФУНДАМЕНТОМ
В основе графоаналитических расчетов боковых предельно на-
пряженно-деформированных зон и предельных давлений грунтов-
оснований под ленточным прерывистым фундаментом заложен
учет важнейших свойств кругов напряжений и следующие расчет-
ные положения [28, 29].
1. Общее предельно-напряженно-деформированное состояние
грунта-основания под ленточным прерывистым фундаментом
приравниваем к предельному напряженно-деформированному сос-
тоянию грунта-основания под эквивалентным ленточным непрерыв-
ным фундаментом на основании того, что в грунтах-основаниях в
промежутках между фундаментными блоками-подушками обра-
зуются несущие (разгружающие) грунтовые своды (явление
арочного эффекта) и благодаря этому прерывистая подошва
прерывистого фундамента превращается в непрерывную (сплош-
ную) .
2. Учитывая, что5согласно [25] — [29]^в предельно напряженно-
деформированном основании под эквивалентными фундаментами
формируются одинаковые уплотненные грунтовые ядра и боковые
предельно напряженно-деформированные зоны, предельные давле-
ния грунтов на грани уплотненных ядер приравняем к пассивным
давлениям грунтов на грани эквивалентных наклонных подпорных
стенок.
При этом для случая плоской задачи углы, образованные между
гранями уплотненного ядра, и подошвой фундамента, согласно [5],
следует принимать равным 45°.
3. На основании пунктов 1, 2 и [5] очертания боковых макси-
мальных предельно напряженно-деформированных грунтовых зон
за гранями грунтового уплотненного ядра и за наклонной подпор-
ной стенкой примем эквивалентными и определим их, пользуясь
67
Рис. 2.14. Графоаналитическое отделение боковых предельно напряженных
зон и предельного давления грунта основания под ленточным прерывистым
фундаментом
а — расчетная схема; б — система характеристических кругов по С.С. Го
лушкевичу; в — многоугольник сил
системой характеристических кругов С.С. Голушкевича [31]
(рис. 2.14, а, б).
Пользуясь найденными боковыми предельно напряженно-де
формированными грунтовыми зонами, определим предельное
давление грунта-основания под ленточным прерывистым фунда^
ментом путем построения многоугольника сил (рис. 2.14, в).
68
Рассмотрим конкретный пример 'определения боковых пре-
дельно напряженно-деформированных грунтовых зон и предель-
ной нагрузки' на грунт основания под центрально нагруженным
ленточным фундаментом при следующих исходных данных: угол
внутреннего трения грунта-основания ш = 30°, угол трения пре-
дельно напряженно-деформированного грунта с гранями уплотнен-
ного ядра у? = 20°; объемный вес грунта у = 15 кН/м^; глубина
заложения фундамента h = 2,5 м; ширина прерывистого фундамен-
та Ъ = 5 м. Угол наклона граней уплотненного ядра к подошве
фундамента а = 45°.
Так как фундамент симметричный, все расчеты будем вести
относительно одной его половины Ь.г = S / 2 = 2,5 м. Для этого
составим масштабную расчетную схему по приведенным исход-
ным данным (см. рис. 2.14, а) и согласно [31] по методике
С.С Гол/шкевича построим систему характеристических кругов
(см. рис. 2.14, б) .
Пользуясь этим построением, . будем искать максимальные
предельные поверхности скольжения начиная с Ш участка пре-
дельно напряженно-деформированной зоны. Для этого парал-
лельно заданной грани С Т уплотненного ядра проведем хорду
С f круга вершин касательно к кругу площадок. Из центра ха-
рактеристических кругов 0^ проведем перпендикуляр О-| О2 к
плоскости С" 3* до встречи с кругом полюсов в точке О2- Из
точки О2 под углом = 20° к Oj О2 проведем линию О2В^ до
встречи с кругом вершин в точке B-j и эту точку соединим с точ-
ками С'и (F . В результате получим предельные плоскости сколь-
жения С * и S Параллельно этим предельным плоскостям
скольжения проведем соответственно искомые предельные по-
верхности СВ и $ В на расчет-схеме (см. рис. 2.14, а).
Для определения предельных поверхностей скольжения 1 участ-
ка параллельно заданной поверхности 6Н проведем хорду ЬЦ
круга вершин касательно к кругу площадок и из центра 01 вос-
становим перпендикуляр О^Оз к плоскости Н-| до соединения
с кругом полюсов. Из точки О3 до встречи с кругом вершин
проведем линию ОзД<| параллельно заданному направлению дейст-
вия пригрузки q и, полученную таким образом, точку соеди-
ним с точками (F-j и А^. В результате этого получим направление
искомых предельных поверхностей скольжения б-j и Д-] H-j и
угол 0 = 77°. Из точки 5 параллельно плоскости скольжения Д1
проведем луч и определим из него часть, принимаемую за конечный
радиус 6 Д дуги логарифмической спирали по формуле
<?Д= SB , (2.66)
где (?В — начальный радиус дуги логарифмической спирали.
Значение 6Д принимаем за искомую предельную поверхность
(ГД, а затем через точку Д, параллельно направлению плоскости
скольжения Н-, проводим искомую предельную поверхность
ДН до соединения ее с поверхностью $Н.
69
Для определения предельной поверхности скольжения И участ-
ка согласно [5] впишем дугу логарифмической спирали между
точками С и Д из точки пользуясь уравнением (2.66) . В итоге
получим искомую предельную поверхность скольжения СВДН за
гранью Со уплотненного ядра под центрально нагруженным лен-
точным фундаментом мелкого заложения. Далее графически най-
дем точку Q пересечения следов поверхностей СВ и ДН, а, следо-
вательно и линию (?Q действия силы, уравновешивающей давле-
ния на (5В и $Д.
Пользуясь найденной предельной поверхностью СВДН и
масштабным рис. 2.14, а определим предельное давление под
заданным ленточным прерывистым фундаментом путем построе-
ния многоугольника сил. Для этого определим равнодействующую
Q пригрузки q = у h, приложенной на поверхности 1П = 3 Н, по
формуле: Q = у- h 1п х 1 = 15 х 2,5 х 11 = 414 кН и равнодействую-
щие Gj массы грунта на I— П1 участках предельной поверхности
СВДН;
на J участке G-| = hn у х 1 = 0,5 х 11 х 3,2 х 15 х 1 =
= 263 кН, где h = ДД1 = 3,2 м;
на Н участке G2 = FceK у х 1 ~ 18,57 х 15 х 1 = 278 кН;
1 2 2
Реек =----------------------(П - г2) , (2.67)
4 tg
где Г-| = $ Д = 6,6 м, Г2 = 0В = 4,1 м соответственно конечные и начальные
радиусы-векторы, ограничивающие сектор логарифмической спирали;
на Ш участке G3 = F3 у х 1 = 3,5 х 15 х 1 = 525 кН;
F3 = 0,5 С а = 0,5 х 3,5 х 2 = 3,5 м2.
Полученные равнодействующие Q-j , G2 и G3 по заданию имеют
вертикальное направление и приложены в центре тяжести соот-
ветствующих им геометрических фигур (см. рис. 2.14, а) .
Значение СЦ G-j, G2 и G3 откладываем в масштабе сил, принятым
равным 20 т в 1 см (рис. 2.14, б). Из концов вектора Q — G-j про-
ведем прямые параллельно Д^ Н-| (или ДН) и Д1 (или аД),
а затем определим геометрическую сумму Т3 и G2 и разложим
ее на направление 6Q и CQ. Вектор Т3 сложим с G3 и разложим
на направление 5В и на направление, параллельное равнодействую-
щему предельного давления Еп грунта, т.е. на С^В-р Из масштаб-
ного рис. 2.14, в определим половину предельного давления Еп =
= 7,30 х 20 = 1460 кН, а полное предельное давление Рп = 2 Еп =
= 2920 кН.
Для возможности сравнения полученного частного значения пре-
дельного давления Рп с другими расчетными данными, выразим
его через безразмерный коэффициент
Рп /у в2 = 2920 / (15 х 2,5) =8,3.
70
Сравнение величины полученного коэффициента с данными дру-
гих исследователей показывают, что он совпадает с безразмерным
коэффициентом, полученным Е. Захареску, и близок с этим коэф-
фициентом, полученным К.Терцаги и В.Г. Березанцевым [5,].
2.10 НОМОГРАММЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ
ЛЕНТОЧНЫХ ПРЕРЫВИСТЫХ ФУНДАМЕНТОВ
1, Номограммы для определения размеров ленточных преры-
вистых фундаментов по методике СНиП 2.02-83 [16] и [15].
Расчетное сопротивление на основание R при проектировании
прерывистых фундаментов по методике СНиП 2.02-83 следует
увеличивать за счет учета распределительной способности грунта-
основания и арочного эффекта, возникающего в грунтовых осно-
ваниях в промежутках между блоками-подушками. Согласно
2.45 [16] значение коэффициента, учитывающего эти факторы
kd -- 1,0—1,3.
С другой стороны, этот’Коэффициент можно выразить как от-
ношение площади ленточного непрерывного фундамента F = b L
к площади прерывистого фундамента Fnp = п Ъпр L (здесь Ъ и
Ьпр — ширина непрерывного и прерывистого фундаментов; L n't—
длина фундаментов и блока-подушки; п — число блоков) по
формуле
к =Ъ1/пЬПр L. (2.68)
с£ н
Другие зависимости, необходимые для построения номограм-
мы^ имеют вид:
расстояния С между блоками-подушками
С= (L — n 1) / (п -1); (2.69)
относительно расстояния С/1
С/1= (1 - nV L) / [ (п — 1) г/L]. (2.70)
Из (2.70)
п= (1 +C/L) / (l/z + C/L). (2.71)
Подставляя (2.71) в (2.68)
'Ьпр Ка / Ь = (1 +C/L) / (1 + C/L V/ L) (2.72)
Номограммы, составленные по (2.72), (2.70) и (2.69) при
VL = const и n = const представлены на рис. 2.15, а, б, в. Последо-
вательность определения kd, п и С на номограммах обозначена
стрелками.
71
Рис. 2.15. Номограммы
для определения основных
размеров ленточного пре-
рывистого фундамента по
формуле (7) СНиП
2.02.01-83
2. Номограммы для расчета основных размеров ленточных
прерывистых фундаментов с учетом арочного эффекта лр Ф 0 и
С ФО [22].
Для, построения номограмм, позволяющих определять основ-
ные размерь! ленточных прерывистых фундаментов с учетом
арочного эффекта при Ф 0 и С(( + 0 воспользуемся уравнением
4 (tg^ +-Щ tg (45°-^/2)
П г ~ 2
[2 - (tg } tg (45° -<Д2) ]
Для этого расчленим его на следующие составляющие:
Сц
X = tg Ф +----; (2.73)
72
Рис. 2.16. Номограммы для определения основных размеров ленточного
прерывистого фундамента, составленные с учетом возникновения арочного
эффекта в основаниях при У 40 и
Рис. 2.17. Номограмма для опре-
деления основных размеров лен-
точного прерывистого фундамен-
та, составленная с учетом воз-
никновения арочного эффекта в
основаниях при = 0
у = х tg (45° — ф / 2) ;
(2.74)
(2.75)
c = 2'bi=2\z, (2.76)
где С — расстояние между блоками-подушками ленточного прерывистого
фундамента.
Пользуясь уравнениями (2.73) и (2.76), сначала построим но-
мограмму для определения зависимостей (2.73—2.75) (рис, 2.16,
а), а потом зависимости (2.76) (рис. 2.16, б).
Последовательность определения искомых размеров С и ЪПр
при известных значениях , С и а на номограммах обозначена
а, б, в, г, d, е, ж, и, к и а, б, в, г, д, е, ж?и/kJ
73
3. Номограмма для определения размеров С и Ьр с учетом
арочного эффекта при ^Ф 0 и С = 0 [29] .
Случай, когда С = О, имеет место во всех идеальных песчаных
и других сыпучих грунтах-основаниях. В качестве исходного урав-
нения для построения номограммы также воспользуемся уравне-
нием (2.50), исключив из него лишь выражение С / ст, так как
грунт-основание имеет удельное сцепление С- 0.
4 tg iy?i( tg (45° 2)
•ц = bp----------------------------- (2.77)
[2-tg^ tg (45°-^/2) ]2
Введем обозначения:
tg %, tg (45° - / 2)
К =-----------------1----------- (2.78)
[2 - tg tg (45°-^/2)]2
С = 2Ъ1=8Ърк. (2.79)
Предварительно вычислим все реальные значения коэффициен-
та к по (2.78), построим по уравнению (2.79) номограмму для
определения размеров Си Ьр (рис. 2.17).
Порядок определения размеров С и Ьр при известном значе-
нии на номограмме соответственно обозначены а, 5, в и а'^в*.
2.11. РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ РЕШЕТЧАТЫХ ФУНДАМЕНТНЫХ
БЛОКОВ-ПОДУШЕК (ПЛИТ) ПРЕРЫВИСТЫХ И НЕПРЕРЫВНЫХ
ФУНДАМЕНТОВ С УЧЕТОМ АРОЧНОГО ЭФФЕКТА
Расчет основных размеров решетчатых фундаментных блоков-
подушек (см. рис. 1.19) с учетом арочного эффекта производится
следующим образом.
Определяют расчетную ширину b проектируемого фундамента,
например, согласно [11] и принимают, что
Ьр~ Ь . (2.80)
Согласно рис. 1.19 определяют целесообразную схему располо-
жения пустот в решетчатом фундаментном блоке-подушке.
Определяют размер Ър ребер жесткостей решетчатого блока-
подушки, расположенных по ширине Ьр этого блока, пользуясь
рис. 1.19:
п 1эр + гл Ср, (2.81)
где Пи т - соответственно количество ребер жесткостей Ър блока-подушки
и промежутков Ср между ними.
74
Разделим левую и правую часть уравнения (2.81) на Ър и введем
обозначение
k = Cp/hp. (2.82)
Тогда'
Ър = Ъ / (n + m к). (2.83)
Для определения к = Ср Фр, воспользуемся уравнением (2.50)
в виде:
4 (tg ф +~““) t9 (45°-ф /2)
к = _______ ---------------. (2.84)
^2 (tg ф + —— ) tg (45° - у? / 2) ^
При С « 0 формула (2.84) упрощается
4 tg ф tg (45° — у / 2)
к = --------------------------------------.
[2 - tg <р tg (45° — / 2) ]2
При известных значениях к и Ър определяют промежутки Ср
между ребрами жесткостей Ър из выражения (2.82)
Cp = kbp. (2.85)
f Промежутки Ср, расположенные между ребрами жесткостей
Ър по длине решетчатого блока-подушки также определяют
из выражения, вытекающего из рис. 1.9.
гб = П1 Ьр +ГГИ с;, (2.86)
где П-j и ГП^ ~ соответственно количество ребер жесткостей Ър блока-
подушки и промежутков Ср между ними.
Из (2.86) :
Ср= [t6~ (П1 Ъ р) ] /тР ' (2.87)
. Уравнением (2.87) следует пользоваться лишь при условии
ър = Ър >1бг
При условии bl = bp > величину Ср определять по формуле,
аналогичной (2.85) :
Ср = к'Ър, (2.88)
где к — расчетный коэффициент, определяется аналогично коэффициен-
ту к.
75
Для удобства проектирования различных сборных решетчатых
фундаментных блоков-подушек по формулам (2.80) — (2.88)
определены основные размеры типовых блоков-подушек и приве-
дены в табл. 1.2.
Применение решетчатых фундаментных блоков-подушек
(плит), запроектированных с учетом арочного эффекта в средних
грунтовых условия ( ф 30°), снижает расход бетона в пределах
25% и улучшает совместную работу блоков-подушек основаниями.
В заключение следует отметить, что теоретические и экспери-
ментальные основы расчета прерывистых фундаментов, базирую-
щиеся на территории упругости, еще недостаточно используются
при разработке расчетной схемы и методики расчета основного раз-
мера этих фундаментов — расстояния между фундаментными бло-
ками-подушками. В практике расчет этого размера основывается
на 30%-ном повышении расчетного' ^сопротивления грунта основания
и равенства расчетных осадок прерывистых и непрерывных фунда-
ментов. Такой подход недостаточно учитывает экспериментально-
теоретическую основу расчета, как увеличение пределов пропор-
циональной зависимости осадок от давлений под прерывистыми
фундаментами (по сравнению с непрерывными фундаментами)
в 1,5 раза за счет увеличения расстояния между блоками-подуш-
ками в пределах 1,5 ширины блока-подушки.
Расчетная формула (2.11), служащая для определения расчетно-
го расстояния между фундаментными блоками-подушками преры-
вистого фундамента, не содержит характеристик прочности грунта
основания (угол внутреннего трения и удельного сцепления) и
поэтому она не достаточно выражает действительную совместную
работу прерывистого фундамента с грунтом основания.
Экспериментально-теоретические основы расчета прерывистых
фундаментов и в частности выявление арочного эффекта, позво-
ляют разработать расчетную схему и методику расчета, учитываю-
щую действительную совместную работу этих фундаментов с не-
скальными грунтами основания.
Расчетная формула (2.32) и номограммы (см. рис. 2.16 и
рис. 2.17), служащие для определения расчетного расстояния меж-
ду блоками-подушками прерывистого фундамента, содержат
расчетные характеристики прочности грунта основания и хоро-
шо выражают содержание действительной совместной работы пре-
рывистых фундаментов с грунтами основания.
По технико-экономическим показателям применение преры-
вистых фундаментов взамен эквивалентных непрерывных фунда-
ментов целесообразно на непросадочных и ненабухающих нескаль-
ных грунтах основания с расчетным давлением'не менее 0,1 МПа.
76
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ РАСЧЕТА
И ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРЕРЫВИСТЫХ ФУНДАМЕНТОВ
3.1. ЛАБОРАТОРНЫЕ УСТАНОВКИ, МЕТОДЫ ПРОВЕДЕНИЯ ОПЫТОВ,
ТИПЫ ШТАМПОВ И ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПЕСКОВ
Описание установок. Опыты проводились в лотках размером
730x800x153; 980x360x450 и 1250x3000x870 мм. Передние проз-
рачные стенки лотков были снабжены масштабными сетками (10х
х10 мм) для удобства укладки полос из крашенного песка и ре-
гистрации их смещений от начального положения при приложении
давлений. Давление на грунты-основания передавалось посредст-
вом рычага 1 рода и гидравлическим прессом О КС-167 М усилием
400 кН Деформации грунтового основания учитывались с по-
мощью индикатора часового типа и прогибомеров ПАО-6. Собст-
венные деформации установок (лотков, рычага и прессов учиты-
вались путем построения тарировочных графиков).
Методы проведения опытов. Опыты проводились с целью опреде-
ления зависимостей деформаций оснований от уплотняющих'дав-
лений под прерывистыми, многопустотными и непрерывными
штампами, предельных нагрузок и деформаций оснований под эти-
ми штампами, а также получение наглядного изображения траекто-
рий движения частиц оснований под прерывистыми штампами.
Одинаковая плотность в основаниях обеспечивалась ручным трам*
бованием основания слоями толщиной ,1—5 см и контролировалась
с помощью иглы-плотномера.
Давление на основание передавалось ступенчато в пределах
0,01—0,02 МПа. Деформации оснований фиксировались после их
стабилизации от каждой ступени давления. В опытах, где требова-
лось получение наглядного изображения движения частиц основа-
ния под прерывистыми штампами, это достигалось путем фотогра-
фирования по методу В.И. Курдюмова и путем копирования траек-
торий движения частиц грунта основания на бумагу. Чтобы траек-
тория движения частиц, песка под прерывистыми штампами получа-
лась достаточно четкой, в качестве оснований использовались круп-
ные горные пески двух фракций. Размер частиц первой фракции
составлял 3,36 мм (4,25%), второй — 1,67-0,84 мм (95,75% от
общей массь! песка) . Расстояние между объективом фотоаппарата
и объектом сокращалось до 10 см. Для съемки кадров использо-
валась слабочувствительная фотопленка. Время съемки кадров
продолжалось от 5 до 30 сек. При подготовке опыта с целью
копирования траектории движения частиц песка для исключения
влияния трамбования его на копировальную и ватманскую бума-
гу прокладывалась жесткая тонкая пленка между песком и копи-
ровальной бумагой. Эта пленка до начала опытов удалялась из
песка с помощью рейки так,- чтобы не нарушалась заданная плот-
ность песка.
После окончания опыта разгрузка песка из лотка производи-
лась вручную так, чтобы не появились какие-либо случайные опе-
чатки на копировальной и ватманской бумаге.
77
00
Таблица 3.1.Типы штампов и их основные показатели
Груп- пы штам- пов Наимено- вание • Поперечные ! профили j штампов Общая площадь штампа, см2 Площадь пустот Основные размеры, мм расстояние между поло- сами (блоч- ками) 2Ъ-| = с
о CMZ % к пло- щади штампа
длина, 1 ширина Ъ=2Ь2 высота, h диаметр отверстия шири- ! на по- ЛОСЫ Ър
di d2
Непрерыв- ный штамп Многопус- тотный штамп I i ь 80,6 — — 152 53 4 — — —
А Л U; lllLLLLLLLIL^ 80,6 80,6 10,35 34,50 12,8 42,7 152 152 53 53 4 4 7 7 21 21 -
Многопус- тотный штамп 11
^2 d2
Непрерыв- ный штамп Б Преры- вистый штамп Ь 51,6 - - 152 34 12 (пшшшешЬ 51/6 12/20 23/5 152 34 12 - - 13 8
Непрерыв- fcyy'f :r 73,0 — - 152 48 12 - - -
ный В штамп III 73,0 32,00 43,8 152 48 12 - 14 20
Непрерыв- ный
штамп 11
Т а б л и ц а 3.2. Физико-механические свойства песков
Наименова- Объем- Удель- Весовая Коэффи- Коэф- Угол Гранулометрический состав, %
ние песков ный вес 7, кН/м3 ный вес 7, кН/м3 влаж- ность W, % 1 циент порис- тости, е фи- циент сжи- мае- мости пъ см^/кг внут- ренне- го тре- ния, чР менее 3,360 1,670- 0,297 Раз 0,830— 0,840 меры ча 0,296- 0,210 стиц, мм 0,200- ОЛ 49 менее 0,149 Распыл
Мелкий 16,9 26,6 воздуш- 0,58 0,0032 45 0,1 0,05 8,20 25,03 22,47 44,0 0,15
песок квар- цевый (Ма- насский ДАССР) То же 17,0 26,6 но-су- хой 6 0,66 0,0037 45 0,1 0,05 8,20 25,03 22,47 44,0 0,15
Песок круп- 14,6 26,6 воздуш- 0,81 0,0054 42 4,25 95,05 — — — — 0,70
ный горный (Тарский СОАССР) То же 14,0 26,6 но-су- хой 8 1,02 0,0437 31 4,25 95,05 0,70
Опытные штампы. Типы опытных штампов и их основные разме-
ры показаны в табл. 3.1. Трение грунта по грунту обеспечивалось
оклейкой моделей фундаментов грунтами основания. Модель
прерывистого фундамента была устроена так, чтобы можно было
свободно варьировать расстоянием между блоками-подушками
(квадратными металлическими стержнями) .
В качестве моделей многопустотных фундаментов использова-
лись металлические пластинки со сквозными отверстиями диамет-
ром 7 к 21 мм (см. табл. 3.1! .
Физико-механические свойства и показатели песков. В качестве
оснований прерывистых, многопустотных и непрерывных фундамен-
тов использовались мелкие кварцевые и крупные горные пески.
Основные физико-механические свойства и показатели этих песков
даны в табл. 3.2 и определены в соответствии с действующими
ГОСТ (прил.2) и инструктивными указаниями.
3.2. ОПЫТНЫЕ ДАННЫЕ О ПРЕДЕЛЬНОМ
НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОМ СОСТОЯНИИ ПЕСЧАНЫХ
ОСНОВАНИЙ ПОД ПРЕРЫВИСТЫМИ И НЕПРЕРЫВНЫМИ
ШТАМПАМИ-ФУНДАМЕНТАМИ
Для определения напряженно-деформированного состояния ос-
нований под прерывистыми и непрерывными штампами и сравне-
ния их между собой использовались пески, основные физико-ме-
ханические свойства которых приведены в табл. 3.2.
При этом учитывая, что при перпендикулярном расположении
промежутков между фундаментными блоками-подушками отно-
сительно продольной оси фундамента исключается возможность
фотографирования и копирования траекторий скольжения частиц
песков..в промежутках между блоками-подушками, опыты выпол-
нялись моделями прерывистых фундаментов с параллельным рас-
положением промежутков между блоками-подушками относитель-
но продольной оси фундамента. До начала основных исследований
опытным пут- и подбирались геометрические размеры прерывис-
тых '.стампов. По этим опытным данным средняя оптимальная
ширина Ъ- С -г 2 Ь2 прерывистого штампа и оптимальный про-
межуток С, между блоками-подушками, соответствующие средне-
му максимальному предельному давлению Рп мелкого кварцево-
го песка с углом внутреннего трения у = 45°, объемным весом
7 ~ 17.,О кН/м3 и весовой влажностью w =6% составили 48 и 20 мм.
Эти же размеры, соответствующие предельному давлению круп-
ного горного песка с у5 = 31°, у = 14,0 кН/м^ и w = 8% равнялись
34 и 8 мм.
Опытные зависимости деформаций мелких и крупных песчаных
оснований от уплотняющих давлений под прерывистыми и непре-
рывными штампами, полученные при размерах С и Ь, приводятся
в табл. 3.3, а на рис. 3.1 позиция 1,2 и на рис. 3.2.
80
Т а б л и ц а 3.3. Зависимости деформаций (осадок) песчаных оснований от давлений под прерывистыми
и непрерывными штампами
Номер опыта Наименование штампов Деформации оснований, мм^от давлений, МПа
0,01 | 0,03 0,05 0,07 J 0,09 | 0,11 ] 0,12 J 0J3 | 0,14 j 0,17 | 0,22
1. Крупный горный песок рыхлый (у- 14 кН/м^, е - 1,02, W--8%)
1 СП Непрерывный П 0,53 1,70 2,80 3,70 3,93 4,31 4,68
2 сп То же 0,27 0,78 1,23 1,61 2,36 — 3,55 4,35
3 сп 0,51 1,26 1,95 2,60 3,35 4,11 5,05
4 сп 0,28 0,88 1,87 3,24 3,90 4,35 4,55 4,80
5 сп 0,26 0,84 1,25 1,80 2,40 __ 3,05 3,30
Сред- Непрерывный П 0,36 1,09 1,83 2,54 3,30 __ 4,15 4,15
НИИ опыт
1 пр Прерывистый 1 0,40 1,40 2,09 2,54 3,26 3,63 3,77 — 4,43
2 пр То же 0,08 0,99 1,95 3,00 3,42 3,75 3,91
3 пр и 0,07 1,10 1,63 2,12 2,71 3,42 3,94 4,35 5,41
4 пр St 0,40 0,91 1,41 2,02 2,72 3,40
5 пр 0,25 0,70 1,23 1,90 2,70 3,59 4,10 4,46 4,92
Сред- Прерывистый ) 0,26 1,02 1,67 2,32 2,96 3,57 3,94 4,40 4,92
НИЙ
опыт
2. Мелкий кварцевый песок (у= 17 кН/мЗ; е =0,68; w~6%)
а
1 сп Непрерывный Ш 0,08 — — 0,56 — — ' 0,91 — 1,00 1,12 1,40
00 Л
2 СП Тоже 0,14 - - 0,68 - - 1,10 - 1,17 1,40 1;60
Продолжение табл. 3.3
Номер опыта Наименование штампов Деформации оснований, мм?от давлений, МПа
0,01 | 0,03 0,05 °'07| 0,09 j 0,11 | 0,12 | 0,13 | 0,14 | 0,17 | 0,22
а 3 сп Непрерывный III 0,11 — — 0,63 - — 1,00 — 1,15 1,30 1,55
а 4 сп То же 0,10 - - 0,60 - - 1,00 - 1,18 1,20 1,62
а 5 сп 0,17 - 0,68 - - 0,99 - 1,15 1,33 1,73
Сред- ний опыт Непрерывный 1П 0,12 — - 0,63 — — 1,00 — 1,13 1,27 1,58 '
а 1 пр Прерывистый И 0,11 0,44 0,71 0,93 1,11 1,25 1,33 1,40 1,55 1,75 -
„й- znp То же 0,20 0,38 0,51 0,62 0,71 0,82 0,90 0,93 0,97 1,11 1,39
за ^пр 0,27 0,38 0,55 0,69 0,70 0,75 0,78 0,81 0,85 0,95 1,32
а ^пр 0,20 0,44 0,62 0,81 1,00 1,20 1,26 1,33 1,41 1,70 2,45
5пр 0,22 0,52 0,74 1,00 1,12 1,34 1,40 1,50 1,60 1,73 2,21
ьпр 0,26 0,50 0,80 0,95 1,13 1,22 1,50 1,54 1,59 1,90 2,35
а 7Пр 0,16 0,42 0,55 0,72 0,82 0,95 1,02 1,10 1,19 1,33 1,61
яа *>пр 0,20 0,33 0,46 0,62 0,72 0,82 0,87 0,93 0,96 1,16 1,50
упр - 0,15 0,27 0,39 0,44 0,55 0,61 0,67 0,75 0,86 1,24
а ЮПр 0,09 0,28 0,41 0,58 0,65 0,81 0,90 0,97 1,04 1,20 1,56
11 пр 0,09 0,39 0,59 0,70 0,80 1,00 1,09 1,18 1,21 1,36 -
12пр~ 0,15 0,35 0,52 0,69 0,75 0,87 0,94 1,00 1,07 1,24 1,46
а 13Пр - 0,19 0,33 0,44 0,55 0,68 0,75 0,78 0,81 0,94 1,26
а 14пр а 15 пр 0,07 0,27 0,26 0,42 0,43 0,76 0,60 0,93 0,71 1,05 0,85 1,22 0,93 0,98 1,31 1,41 1,05 1,44 1,26 1,60 1,70 2,03
Сред- ний опыт Прерывистый П 0,18 0,36 0,55 0,71 0,82 0,96 1,04 2,10 1,17 1,34 1,72
Продолжение табл. 3.3
Деформации оснований, мм/эт давлений, МПа
0,24 0,25 0,31 | 0,34 I 0,36 г 0,37 | 0,38 | 0,39 J 0,40 . 1 °-4'_ j 0,42
2. Мелкий кварцевый песок ( = 17 кН/м3 ; е = 0,68; И/ =6%)
1,60 1,72 2,24 2,82
1,82 2,00 2,61 3,00 - - 3,80
1,76 1,91 2,52 2,86 - 3,46
1,69 1,87 2,48 2,81 - 3,49 3,76
1,88 2,15 2,65 3,31 - 3,55 - 3,99
1,75 1,93 2,50 2,96 — 3,50 3,85 3,99 — — —
Продолжение табл. 3.3
2 0,24 ! 0,25 0,31 Деформации оснований^ мм?от давлений, МПа
| 0,34 0,37 0,38 0,40 | 0,41 ' | ' 0,42
- 2,88 3,22 3,67 <04 ' 4,36 4,40 4,49 4,63 4,89 -
1 ,52 2,85 2,20 2,43 2,81 - 2,93 - 3,40 - 3,88
1,39 1,68 2,31 3,00 3,41 3,62 3,86 4,10 4,40 4,75 -
2,78 3,05 3,81 4,25 4,64 4,84 4,99 5,33 5,69 - -
2,59 2,70 3,18 3,54 3,85 - 4,15 - 4,43 - -
2,69 2,90 3,58 4,05 4,87 - 5,08 - 5,31 - -
1,76 1,99 2,78 3,15 3,48 - 3,82 - 4,36 4,89 -
1,70 1,87 2,45 2,90 3,26 - 3,58 - 3,90 4,99 -
1,36 1,70 2,32 2,86 3,50 - 4,79
1,83 2,10 2,80 3,46 3,82 - 4,36 - 5,33 - -
1,92 2,11 2,63 2,96 3,67 - 4,30 - 5,42 - -
1,58 1,75 2,68 2,82 3,64 - 3,85 - 4,25 4,78 -
1,39 1,56 2,27 2,53 2,87 3,60 - 3,98 4,80 -
2,04 2,27 2,58 2,78 3,01 - 3,45 - 3,82 4,68 -
2,20 2,42 3,01 3,37 4,26 4,96 -
1,94 2,18 2,78 3,20 3,63 — 4,05 — 4,55 4,80
П р и м е ч а н и я: 1, Прерывистые штампы с параллельным расположением промежутков. 2. Типы и размеры штампов см. в
табл. 3.1.
?Рис, \1. Графики f(6) для
^мелкого песка с J'= 1 7 кН/м3: И/~6%:
:е СЛю
> 2 ~ опыты под непрерывными и пре-
рывистыми фундаментами
Рис. 3.2. Графики
для крупного песка с
f ~14 кН/м3; Ж= 8%;
е -1,02
85
ш
от
t; hn ’ oc ' tc,2b^ 'fh\Zbz призмы выпирания
Таблица 3.4. Опытные данные о величинах
Наименование показателей призмы выпирания
Но-
мер опы- та 1, у перед- ней стенки лотка v мм в сере- дине лотка На. у зад- ней стен- ки лот- пево от мм штампа Г о?,0 Тс; 2b2 ьп; 2Ь2 1 у пе- ред- ней стенки Вправ 1л ? мм в сере- дине лотка ю ОТ ШТЭ1 у зад- ней стенки лотка мпа hn, мм а,0 Ip 2b2 hn; 2Ъ2
ка лотка
1. Прерывистый штамп с параллельным расположением п относительно продольной оси фундамента ромежутков между блоками-подушками (2^2 = 48 мм, а = 1 52 мм)
а 1 Пр 190 240 175 49 26 5,00 1,02 165 220 158 38 28 4,60 0,79
2^* znp 140 175 148 27 31 3,64 0,56 155 188 144 26 28 3,92 0,54
5а °пр 185 250 193 48 23 5,22 1,00 90 128 96 32 34 2,67 0,67
Ср 105 165 110 26 32 3,44 0,54 95 135 102 24 33 2,82 0,50
14jp 150 186 162 39 33 3,40 0,81 146 194 140 44 30 4,05 0,92
Сред- ний опыт [1] 154 203 158 37,80 29 4,15 0,78 130 173 128 32,8 30,6 3,62 0,68
И- Непрерывный штамп (Ь = 2 Ь2 = 48 мм, а - 1 52 мм)
1й- 1 СП - - - - - - - 155 170 160 37 32 3,56 0,78
zcn - - - - - - 143 185 137 24 24 3,86 0,50
3cn 191 263 184 46 22 5,46 0,96 102 138 87 31 32 2,89 0,65
4^n 148 179 135 30 29 3,72 0,63 115 152 106 21 34 3,18 0,44
°cn 142 180 143 34 32 3,77 0,71 . 144 184 153 39 28 3,84 0,61
Сред- ний опыт 161 207 153 36,60 27,7 4,31 0,77 132 166 128 30,4 30,0 3,46 0,64
[II]
1 /11 0,96 0,96 1,00 1,03 1,05 0,96 1,01 0,98 1,04 1,00 1,08 1,02 1,04 1,06
Рис. 3.3. Средние опытные данные о предельном напряженно-деформирован-
ном состоянии мелкого кварцевого песка под прерывистым штампом
(fe =“48 мм)
а — разрез / —/; б — план; _ - видимые траектории скольжения частиц
песка; — - — невидимые траектории скольжения частиц песка
Рис. 3.4. Средние опытные данные о предельном напряженно-деформирован-
ном состоянии мелкого кварцевого песка под непрерывным штампом
(6 — 48 мм) :
а — разрез 1 — 1; б — план; —— - видимые траектории скольжения частиц
песка; -——----невидимые траектории скольжения частиц песка
88
Табл и ц а 3.5. Предельные давления маловлажных мелких и крупных
оснований под прерывистыми и непрерывными штампами
Номер опыта* Предельные давления штампы при Ь ~ 2 Ъ2 I I I I I I i I I ап₽ МПа штампы при 2^2 — С 5
прерывис- тый непрерыв- ный 3 прерывис- тый непрерыв- ный 6
1 2 3 4 5 6 7
L Пески мелкие, маловлажные 7 = 17 кН/м^, W = 6%
1=0,66, размерь! штампов (2Ъ2 =48 мм, С =20 мм, 2Ъэ — С ~29 мм.
2Ъ2 / (2 Ъ2) - С) =1,71
1а /1Л 1 Пр/ 1 СП 0,41 0,36 0,11 0,7 0,36 1,95
«(1 ‘ Пр'^СП 0,42 0,38 0,11 0,72 0,38 1,89
Зпр/Зсп 0,41 0,37 0,11 0,7 0,37 1,90
4пр/4м 0,40 0,38 0,11 0,68 0,38 1,80
Л*, <1 бпр'бсп 0,4 0,38 0,11 0,68 0,38 1,80
бпр 0,4 - - 0,68 - -
7<1 'пр 0,41 - - 0,70 - -
8?р 0,41 - - 0,70 - -
9пР 0,40 - - 0,68 - -
10пр 0,40 - - 0,68 - -
11пр 0,40 - - 0,68 - -
12пр 0,41 - 0,70 - __
13^ |4пр 0,41 - __ 0,70 - -
№ ^пр 0,41 - - 0,70 - -
15Пр 0,39 - - 0,67 - -
Средний 0,41 0,38 0,11 0,69 0,37 1,84
опыт
И. Пески крупные, маловлажные у- 14 кН/м^, w = 8 %, 1= 1,02,
размеры штампов: 2 Ъ2 ~ 34 мм, С = 8 мм, 2 Ъо - С = 26 мм
2^2 • (2^2 - С) =1,31
1 пр*/1 см 0,14 0,12 0,12 0,18 0,12 1,53
2 пр / 2 см 0,12 0,13 0,09 0,16 0,13 1,21
3 пр / 3 см 0,14 0,12 0,12 0,18 0,12 1,53
4 пр / 4 см 0,11 0,13 0,09 0,14 0,13 1,11
5 пр / 5 см 0,14 0,13 0,11 0,18 0,13 1,41
Средний 0,13 0,13 0,10 0,17 0,13 1,35
опыт
* В числителе — штамп прерывистый, в знаменателе штамп непрерыв-
ный. оп
Из этих данных следует, что:
а) средние предельные осадки мелких и крупных песков под
прерывистыми штампами соответственно в 1,20 и 1,19 раза боль-
ше средних предельных осадок этих же грунтов под непрерыв-
ными штампами;
б) средние предельные давления в мелких и крупных песчаных
основаниях под прерывистыми штампами соответственно на 8 и
3% больше, чем под непрерывными штампами.
Кроме того, путем непосредственных замеров определялись
длина!, глубина hn, угол наклона призмы выпирания а, отношения
1 :Ь и hn :Ъ в мелких песках под прерывистыми и непрерывными
штампами (табл. 3.4, рис. 3.3 и 3.4).
Сравнивая между собой эти опытные данные, нужно отметить,
что средние значения размеров призм выпирания песчаных основа-
ний под прерывистыми и непрерывными штампами близки друг
к другу.
Однако, если от общей ширины прерывистого штампаЪ = 2Ъ2 =
= 48 мм перейти к опорной его ширине Ьоп = 2 Ьр = 2,14 = 28 мм
(т.е. к ширине за вычетом пустот), то приведенные показатели
совместной работы маловлажных мелких песчаных оснований с
прерывистыми штампами увеличатся в 48/28 = 1,71 раза. На осно-
вании законов подобия (моделирования) [24] сказанное в полной
мере относится к предельным давлениям оснований.
В частности, чтобы найти удельное предельное давление основа-
ния под прерывистыми штампами (фундаментом, за вычетом пус-
тот) нужно сначала определить опорную его ширину Ьоп из выра-
жения :
Ьоп = (Робщ - Fn) / L, (3.1)
где Робщ — общая площадь прерывистого фундамента, Fn — площадь пус-
тот в прерывистом фундаменте, L— больший размер прерывистого фунда-
мента.
Потом вычислить ооп по формуле:
^оп ~ 'Ь/^оп* (3.2)
где СТП — предельное давление основания под прерывистым фундаментом
ши риной^ равной th
Тогда предельные давления, приведенные в табл. 3.3, получат
следующие новые значения (табл. 3.5) .
Из данных табл. 3.5 видно, что средние удельные предельные
давления мелких кварцевых и крупных горных песков под преры-
вистыми фундаментами по сравнению с эквивалентными непрерыв-
ными соответственно больше в 1,84 и 1,35 раза.
90
3.3. ОПЫТНЫЕ ДАННЫЕ О ВОЗНИКНОВЕНИИ АРОЧНОГО ЭФФЕКТА
В ПЕСЧАНЫХ ОСНОВАНИЯХ ПОД ПРЕРЫВИСТЫМИ ШТАМПАМИ-
ФУНДАМЕНТАМИ
В целях экспериментальной проверки теоретических положении
о возникновении арочного эффекта в основаниях при совместной
работе их с прерывистыми и многопустотными штампами (см.
гл. 2) в некоторых опытах фотофиксировалось и копировалось
движение (скольжение) частиц песков-оснований под прерывис-
тыми штампами.
Фотофиксирование и копирование траекторий движения частиц
песчаных грунтов проводилось методами, указанными в п. 3.1 и
3.2. В связи с тем, что в мелких и плотных песках траектории дви-
жения частиц фотографировались и копировались недостаточно
четко в качестве оснований прерывистых штампов применялись
крупные рыхлые пески, основные физико-механические характе-
ристики которых приведены в табл. 2.2 под порядковым № 4.
Полученные опытные траектории скольжения частиц этого пес-
ка под прерывистым штампом 1 изображены на рис. 3.5, а и 3.5, б.
При этом рис. 3.5, а получен путем прямого фотографирования
траекторий скольжения частиц крупного песка через переднюю
стенку лотка, а рис. 3.5, б путем копирования траекторий сколь-
жения частиц песка на ватманскую бумагу. Эти данные наглядно
показывают, что в основаниях в промежутках между блоками-по-
душками прерывистого штампа возникает явление арочного эф-
фекта.
Кроме того, фотографические наблюдения за траекториями
скольжения грунта основания свидетельствуют о том, что под
прерывистыми штампами арочный эффект в основаниях возни-
кает уже при приложении первых ступеней давлений, и далее
сохраняются во всех стадиях напряженно-деформированного
: состояния вплоть до момента, предшествующего разрушению
основания.
В опытах с мелкими кварцевыми песками не удалось получить
' четкое фотоизображение траекторий скольжения частиц под пре-
рывистыми штампами. Не удалось получить изображение траекто-
рий скольжения частиц этого песка и методом копирования. Это
объясняется слиянием траекторий скольжения частиц песка. Одна-
ко, это не означает, что арочный эффект в мелких песчаных осно-
ваниях под прерывистыми штампами не возникает. Напротив,
анализ опытных данных о напряженно-деформированном состоя-
нии песчаных оснований под прерывистыми штампами свидетельст-
вуют о том, что арочный эффект в промежутках между блоками-
подушками прерывистых фундаментов возникает во всех основа-
ниях. В частности, в мелких кварцевых песках это доказывается
' тем, что среднее предельное давление этого песка под прерывистым
штампом (ап = 0,41 МПа) на 8% больше, чем под непрерывным
(ап ~ 0,38 МПа) (см. табл. 3.3); средние показатели предельного
напряженно-деформированного состояния песчаного основания
91
Рис. 3.5. Опытное доказателе
ство явления арочного эффеЛ
та в песчаных грунтах под прф
рывистым штампом с однил
рядовым промежутком межд
блоками-подушками
вверху — арочный эффект;
внизу — отпечатки траекторш
скольжения песчаных частт.
Рис. 3.6. Опытное доказатель
ство явления арочного эффект
в глинистых грунтах под пре,-
рывистым штампом с двум®
рядовыми и одним составным!
промежутками между блока
ми-подушками
(длина и глубина призмы выпирания) под прерывистыми и непре
рывными штампами примерно одинаковы (см. рис. 3.3 и 3.4);
первоначальное соотношение отметки поверхности песчаного осно
вания в промежутках между блоками-подушками к отметке по?
дошвы последних сохранялся во всех стадиях напряженно-дефои
мированного состояния основания от начального до предельного
хотя при этом предельные осадки прерывистого штампа достиг*
ли 5,69 мм (см. табл. 3.3).
Факт возникновения явления арочного эффекта наблюдаете!
также и в глинистых грунтах (рис. 3.6).
Таким образом, полученные опытные результаты полностью
подтверждают теоретические исследования о возникновение
арочного эффекта в основаниях при совместной работе с прерывист
тыми штампами.
92
ЗА ОПЫТНЫЕ ДАННЫЕ О ПРЕДЕЛЬНОМ
НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОМ СОСТОЯНИИ
ПЕСЧАНЫХ ОСНОВАНИЙ ПОД МНОГОПУСТОТНЫМИ
И БЕСПУСТОТНЫМИ ШТАМПАМИ-ФУНДАМЕНТАМИ
Для определения и сравнения основных показателей предельно-
го напряженно-деформированного состояния песчаного основания
под многопустотными и беспустотными штампами, а также экспе-
риментальной проверки теоретических положений о предельном
напряженно-деформированном состоянии оснований под этими
штампами, изложенными в гл. 2, выполнены лабораторные опы-
ты [25] .
Физико-механические характеристики песчаных оснований, а
также размеры многопустотных и беспустотных штампов, исполь-
зованных в опытах, приведены в табл .3.1 и 3.2, а опытные зависи-
мости деформаций песчаных оснований от уплотняющих давлений
под многопустотными и беспустотными штампами приведены в
табл. 3.6 и 3.7 и на рис. 3.7 и 3.8. Анализ этих данных приводит
к следующим выводам:
1 . Деформации песчаных оснований под многопустотными штам-
пами в 1—1,5 раза больше деформаций этих же оснований под бес-
пустотными штампами (см. кривые 8 и 3 на рис. 3.8);
2. Разрушение песчаных оснований под многопустотными штам-
пами происходит при средних предельных давлениях, превышаю-
щих в 1,1—1,5 раза средние предельные-давления этих же основа-
ний под беспустотными штампами (см. опыты 7 и 8 на рис. 3.7);
3. Наибольшие деформации и предельные давления в песчаных
основаниях под многопустотными штампами достигаются при
оптимальной их пустотности. Так, например, в опытах За (много-
пустотный штамп 1 с пустотностью 12,5%) наибольшая деформа-
ция мелкого песка равнялась 4,57 мм, а предельное давление —
0/14 МПа, а в опыте 5 (многопустотный штамп П с пустотностью
42,7%) эти величины соответственно составляли 8,71 мм и
0,22 МПа (см. рис. 3.8) ;
4. Средние предельные давления и деформации песчаных основа-
ний под многопустотными и прерывистыми штампами несколько
больше, чем под эквивалентными непрерывными штампами (см.
рис, 3.1,3.2, 3.7 и 3.8).
Это свидетельствует о приблизительно одинаковом характере
напряженно-деформированного состояния песчаных оснований под
многопустотными и прерывистыми штампами. Таким образом,
опытные данные подтверждают теоретические положения о пре-
дельном напряженно-деформированном состоянии песчаных осно-
ваний под многопустотными и прерывистыми штампами и, в том
числе явление возникновения арочного эффекта в основаниях при
совместной работе с этими штампами.
Аналогичные крупномасштабные опытные результаты о напря-
женно-деформированном состоянии песчаных оснований под
ленточными прерывистыми фундаментами с переменным про-
дольным сечением получены в работе [13].
93
Таблица 3.6. Опытные зависимости деформаций осадок песчаных оснований от давлений под многопустотными
и непрерывными штампами
Номер опыта Наименование штампов Деформации песчаных оснований, мм, от уплотняющих давлений, МПа 0,01 | 0,03 | 0,05 | 0,06 | 0,08 | 0,10 | 0,11 J 0,12 | 0,13 | 0,14 | 0,15 | 0,16
I. Крупный горный песок (7 - 14,6 кН/м^, е - 0,81)
I II III Непрерывный I То же 0,00 0,45 0,20 0,28 1,14 0,76 0,56 1,60 1,38 0,81 1,93 1,60 1,44 2,47 2,30 2,14 2,92 3,20 2,54 3,18 3,31 2,99 3,36 3,64 3,50 3,57 3,93 4,10 3,82 4,11 4,60 4,02 4,41 5,14 4,25 4,62
Средний Непрерывный 0,18 0,73 1,18 1,44 2,07 2,76 3,01 3,33 3,67 4,01 4,36 4,67
опыт 1
1 Многопустотный и 0,20 0,99 2,10 2,75 3,84 4,84 5,29 5,55 6,31 6,98
2 То же 0,42 1,09 2,22 2,97 3,52 4,02 4,55 5,15
3 0,26 0,71 1,43 2,03 2,70 3,31 3,55 3,80 4,00 4,31
Средний Многопустотный 0,29 0,90 — 2,13 2,97 3,70 4,30 4,87 5,49
опыт 11
II. Мелкий кварцевый песок (7-16,9 кН/м'З, е -0,58)
!У Непрерывный 1 0,28 1,18 2,14 2,59 3,40 4,17 4,64 4,85
У То же 0,62 1,29 1,66 1,81 2,04 2,35 2,49 2,64 2,80 2,93 3,11 3,29
У I 0,81 2,23 3,15 3,59 4,38 5,31 5,85 — — — — -
Средний Непрерывный 1 0,58 1,57 2,32 2,66 3,29 3,96 4,34 __ 5,05
опыт
4 Мт о го пустотный fl 0,92 2,20 3,05 3,39 4,02 4,60 4,85 5,15 5,44 5,75 6,12 6,52
5 То же 0,78 2,02 2,94 3,30 3,98 4,61 4,87 5,1 4 5,42 5,72' 6,01 6,29
6 0,64 2,07 2,83 3,17 3,81 4,47 4,86 5,24 5,73 — — —
Средний Многопустотный 0,78 2,09 2,95 3,31 3,94 4,56 4,87 5,18 5,53
опыт п
1 а Многопустотный I 0,33 0,63 0,97 1,13 1,60 1,82 1,97 2,12 2,27 2,47 2,54 2,74
2 а То же 0,16 0,60 1.00 1,29 1,85 2,48 2,83 3,35 3,62 4,11 4,53 —
3 а 0,52 1,20 1,88 2,12 2,66 3,25 3,54 3,87 4,26 4,57 — —
Средний Многопустотный I 0,34 0,81 1,28 1,51 2,04 2,52 2,78 3,11 3,39 3,83
опыт
Продолжение табл. 3.6
Номер Наименование Деформации песчаных оснований, мм, от уплотняющих давлений, МПа
опыта штампов II I I I II I 1 1 1
0,17 | 0,18 | 0,19 | 0,20 0,22 0,23 | 0,24 | 0,26 0,28 j 0,30 0,32 | 0,34 | 0,35
1. Крупный горный песок (7 = 14,6 кН/мЗ, е = 0,81)
1 Непрерывный 1 5,82 7,10 7,64 _ __ — __ —
н То же 4,46 4,68 4,89 5,13 5,69 6,03 6,33 10,98 — — — —
IJJ 4,85 5,60 6,05 6,62 7,95 8,87 — — — — —
Средний Непрерывный 1 5,04 5,79 6,20 — 9,17 — — __ __ _
опыт
1 Многопустотный 7,82 8,77 9,66 10,64 11,96 12,77 12,89 14,41 15,48 -
1 9
2 То же 5,70 6,40 7,03 7,83 8,70 9,82 10,50 11,60
3 4,62 4,91 5,22 5,51 6,12 6,36 6,78 7,10 7,67 8,27 9,50 10,61 12,00
CD
ОТ
Продолжение табл. 3.6
Номер опыта Средни опыт 1У У У 1 Средни опыт 4 5 6 Средни опыт 1 а 2 а За Средни Наименование штампов — й Многопустотный II Непрерывный 1 То же !Й Непрерывный 1 Многопустотный II То же й Многопустотный п Многопустотный То же й Многопустотный Деформации песч 0,17 | 0,18 j 0,19 | 0,20 6,16 6,91 П. Мелкий кварцевый 3,45 3,66 3,87 4,22 6,58 6,92 7,14 7,49 6,99 - I 2,90 3,12 3,40 4,00 I 4Д6 - аных оснований, мм, от уплол 0,22 10,23 । 0,24 | 0,26 . 7,62 8,43 9,20 i песок (у= 16,9 кН/м^, е = 0J 4,65 8,71 - 1ЯЮЩИХ 0,28 10,01 58) давлений, МПа 0,30 J 0,32 | 0,34 | С,35 10,55 11,86 13,00 -
опыт
Рис. 3.7. Графики зависимостей деформаций крупного песка от давлений
От-с-о - деформации под непрерывными штампами; он -о- -о — то же, под
многопустотными штампами
Таблица 3.7. Предельные давления песчаных оснований
под многопустотными и беспустотными штампами
Номер опыта* Предельные давления, МПа »П/0'б
Штампы
беспустотные (J6 многопустотные, (Jn
Г' ’ i " _
1/1 Крупный горный песок 0,19 - 0,33
(1/2 0,26 0,32 —
Ш/3 0,30 - ’ 0,35 —
4-361
Продолжение табл. 3.7
Номер опыта* Предельные давления, МПа Т/Т
Штампы
беспустотные «б многопустотные, (jp
: и_
Средний 0,22 0,34 1,48
опыт
Мелкий кварцевый песок
1У/4 У/5 У! /6 0,12 0,22 0,11 —
Средний опыт 0,15 - - -
IУ/1а 0,12 0,21 — __
У/2а 0,22 0,15 — —
У ? /За 0,11 0,14 — —
Средний 0,15 0,17 — —
опыт
* В числителе номер опыта с беспустотными, а в знаменателе с много-
пустотными штампами.
3.5. ОПЫТНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ ОСАДОК ГЛИНИСТЫХ ОСНОВАНИЙ
ОТ ДАВЛЕНИЙ ПОД МОДЕЛЯМИ ЛЕНТОЧНЫХ ПРЕРЫВИСТЫХ
И НЕПРЕРЫВНЫХ ФУНДАМЕНТОВ
Для определения опытных зависимостей осадок глинистых
оснований от давления под моделями ленточных прерывистых
и непрерывных фундаментов использовался лоток размером!
980x360x450 мм и с передней прозрачной стенкой, имеющий мас|
штабную сетку 10x10 мм для удобства укладки полос глины
и фотофиксации опытов. Давление на основание сообщалось через
рычажную систему ступенями по 0,02 МПа. Деформации оснований
фиксировались после их стабилизации с помощью индикатора часо-
вого типа. В ряде опытов фотографировался постепенный процесс!
формирования арочного эффекта, возникающего в глинистом грунт
те под прерывистым фундаментом. Опыты проводились с эквива-
лентными прерывистыми и непрерывистыми штампами. Основные
размеры и показатели этих штампов приведены в табл. 3.8=
В качестве оснований прерывистых и непрерывистых фундамен-
тов использовались глинистые грунты с природным удельным ве-
сом у = 19,1 кН/мЗ, с удельным весом частиц у s = 29,1 кН/мЗ
98
OflO
0,20б,Н/Ю
о
1
2
3
4
5
Т
7
&h,
мм
Df05
0,15
Рис. 3.8. Графики зависимостей деформаций мелких кварцевых песков
от давлений
1—3 — опыты с непрерывным штампом; 4—6 — опыты с многопустотным
штампом 1 типа; 7—9 — опыты с многопустотным штампом П типа; 10 —
средний опыт с непрерывным штампом; 11— средний опыт с многопус-
тотным штампом I типа; 12 — средний опыт с многопустотным штампом
7/ типа
весовой влажностью w = 19,2%; коэффициентом пористости е =
= 0,83; коэффициентом компрессионной сжимаемости то = 0,53
см2/кН; нормативным углом внутреннего трения у н = 18° и удель-
ным сцеплением сн = 0,05 МПа. Физико-механические свойства
глинистого грунта определялись по ГОСТ (см. приложение 2).
До выполнения опытов с моделями прерывистых фундаментов
опытным путем находилось среднее предельное давление под не-
прерывным штампом. Затем экспериментально подбиралось рас-
стояние между блоками-подушками (квадратными металличес-
кими стержнями) прерывистого штампа с шириной Ъ - 2 Ъ2 и
99
00 L
т а б л и ца 3,8» Типы штампов и их основньге показателе
Наименование штампов Поперечные профили штампов Общая площадь, см2 Площадь пустот Основные размеры штампов, мм
см2 % длина t ширина Ъ высота h ширина ч промежутки
Сплошной '\/////////////лА 462 - - 350 132 16 - - -
Прерывистый ШЙ'кШйЭ 462 238 51,5 150 132 16 ' 16 14 40
Таблица 3.9. Опытные зависимости деформаций глинистого основания от давлений
под прерывистым и непрерывным штампами
Номер опыта Наименование штампов Деформации, мм, от давлений, МПа
0,02 0,04 0,06 0,10 | 0,12 | 0,14 | 0,16
1 Непрерывный 1,55 2,76 3,97 5,12 6,52 8,26 9,83 13,02
2 1,08 2,13 3,26 4,66 5,92 7,44 9,51 12,72 —
Средний Непрерывный 1,32 2,44 3,62 4,89 6,22 7,85 9,67 12,88 -
1 Непрерывный 1,12 2,17 3,33 4,66 6,22 7,42 9,20 10,40 13,45
2 0,84 1,85 3,01 4,26 5,58 6,87 8,62 9,66 12,85
Средиий Прерывистый cglQglBy ' т 3,17 4,46 5,90 7,13 8,81 1 0,08 13,15
новациях под непрерывным (1) и прерывис-
тым (2) штампами
длиной I, равными соответственно ширине Ь и длине I непрерыв-
ного штампа. При этом расстояние между блоками-подушками
подбиралось таким образом, чтобы предельное давление под пре-
рывистым штампом было примерно равно предельному давлению
под непрерывистым штампом.
Средние опытные зависимости деформаций глинистых основа-
ний от уплотняющих давлений под этими прерывистыми и непре-
рывистыми штампами приведены в табл. 3.9 и на рис. 3.9.
Кроме этого, для наглядного доказательства возникновения
явления арочного эффекта в глинистых грунтах между блоками-
подушками прерывистого фундамента и для доказательства^ейст-
вительно ли являются грунтовые своды несущими и не разрушают-
ся даже при действии предельных давлений, глинистый грунт под
прерывистым фундаментом вырезался по наружному периметру
грунтовых арок (арочного эффекта). Затем после стабилизации
деформации глинистого основания велись длительные наблюдения
за мельчайшими его деформациями с помощью индикатора. Пока-
зания индикатора свидетельствуют о том, что средняя скорость
мельчайших деформаций глинистого основания под прерывистым
штампом при предельном давлении примерно были одинаковыми
до и после вырезки грунта по периметру грунтовых сводов. На ос-
новании этих результатов можно считать, что грунтовые своды под
действием предельных давлений не разрушаются, и поэтому яв-
ляются несущими.
Кроме того, анализируя средние опытные данные, приведенные
в табл. 3.9 и на рис. 3.95 следует отметить, что участки прямопро-
101
порциональной зависимости между давлениями и деформациями
глинистых оснований под прерывистыми штампами в 1,14 раза
больше, чем под непрерывными штампами; средние предельные
давления глинистых оснований под прерывистыми штампами в
1,16 раза больше, чем под непрерывными штампами при опорной
площади (т.е. площади блоков-подушек) прерывистого фундамен-
та, равной лишь 0,485 части от площади эквивалентного непрерыв-
ного штампа.
Из изложенного следует, что устройство ленточных прерывис-
тых фундаментов взамен непрерывных фундаментов, целесооб-
разно при строительстве жилых и общественных зданий, за исклю-
чением в сейсмических районах и на слабых грунтовых основаниях.
3.6. ВЛИЯНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ РАССТОЯНИЯ МЕЖДУ
БЛОКАМИ-ПОДУШКАМИ ЛЕНТОЧНОГО ПРЕРЫВИСТОГО ФУНДАМЕНТА
НА ПРЕДЕЛЬНОЕ И РАСЧЕТНОЕ ДАВЛЕНИЯ
ПЕСЧАНОГО ОСНОВАНИЯ
Для установления влияния расстояния между блоками-подуш-
ками ленточного прерывистого фундамента на несущую способ-
ность песчаного основания выполнены девять серий лабораторных
опытов по десять опытов в каждой серии в лотке с передней проз-
рачной стенкой. В качестве оснований использованы плотные квар-
цевые пески с углом внутреннего трения = 45° и весовой влаж-
ностью w = 6%, а в качестве блоков-подушек ленточных прерывис-
тых фундаментов использованье не заглубленные в грунт жесткие
металлические стержни сечением 14x14 мм и длиной I = 570 мм.
Трение грунта по грунту обеспечивалось оклейкой металлических
стержней песком-основанием. Опыты показали, что характерным
размером, влияющим на величину промежутка между блоками-
подушками Cj является меньший размер блока-подушки в плане
Ьр = 14 мм. В результате опытов получены средние зависимости
предельных давлений ап песчаного основания от переменных рас-
стояний Cj между блоками подушками (табл. 3.10).
Для удобства анализа по данным табл. 3.10 построим графики
Cj =f (ф°; Ър) и bi = = f ! (Ф°;ЪР) (рис. 3.10).
Из этих опытных данных можно сделать следующие выводы:
1. Под моделями ленточных прерывистых фундаментов в пре-
дельно напряженном плотном песчаном основании-существует при-
мерная прямопропорциональная зависимость между предельным
давлением ап и характерными геометрическими размерами — рас-
стоянием между фундаментными блоками-подушками Cj и шири-
ной ленточного прерывистого фундамента b = 2b2 = 2 Ър + Ср
2. В плотных кварцевых песчаных основаниях предельное дав-
ление ап достигает максимального значения при оптимальном
промежутке (расстоянии) Соп между блоками-подушками, рав-
ным примерно полуторной величине меньшего размера Ьр бло-
ка-подушки в плане.
102
Таблица 3.10. Средние опытные зависимости предельного давления
плотного песчаного основания с У *=45° от расстояния Cj
между блоками -подушками ленточного прерывистого фундамента
Номер
серии
опыта
Расстояния
между моделями
блоков-подушек
Cj, мм
Ширина моделей
фундаментов'bj, мм
Предельное
давление CJn,
МПа
1 0
о
7
14
20
23
7 30
8 35
9 36
CM n < ш co
t = 14
2t>D=28
Ъ = 2 bp С-35
t = 2bo + С =42
Ъ = 2'Ьр + С=48
Ъ = 2Ъп + С =52
Ъ=2Ър + С=58
Ъ = 2Ър + С=63
Ъ=2Ър + С=68
0,109
0,236
0,296
0,355
0,405
0,348
0,210
0,111
0,108
_±__—J—__J——____L— —L——--J——---1. ---
10 20 50 40 50 60 70 с\Ъ = 2Ъ2,мм
Рис. 3.10. Графики и
3. Увеличение расстояния между блоками-подушками, более
чем на оптимальную величину Соп далее сопровождается соответ-
ствующим пропорциональным уменьшением предельного давления
(jn и при Cj = 2,5 Ър падает до предельного давления оп, возни-
кающего под отдельно стоящим блоком-подушкой шириной Ь =
= Ьр = 14 мм (см. нижнюю пунктирную линию на рис. 3.10), т.е.
влияние арочного эффекта, возникающего в грунтовых основа-
ниях под прерывистыми фундаментами при Cj = 2,5Ър, полностью
исчезает и каждый фундаментный блок начинает с основанием
работать самостоятельно.
На основании этих опытных результатов и результатов иссле-
дований, изложенных в работах [11; 25—29] расчетное расстоя-
ние Ср между блоками-подушками ленточного прерывистого
103
фундамента можно представить как сумму предельного расстоя-
ния С между блоками-подушками, соответствующего оп, и
некоторой части п от разности предельных размеров Со и С, соот-
ветственно относящихся к оПр и ап, т.е.:
Ср = с + (Со - С) / п, (3.3)
где Со ~ предельный размер между блоками-подушками, соответствующий
расчетному давлению Опр; определяется из опытного графика ~ f (С)
(см. рис. 3.10).
Для определения Ср по (3.10) необходимо:
1. При известном угле внутреннего трения грунта-основания
и принятом размере Ьр блока-подушки опытным путем установить
зависимость предельного уплотняющего давления от предельного
размера С и построить график ап = (С).
2. Непосредственно из этого графика найти наибольшее оп и
соответствующее ему С.
3. Найти расчетное давление огпр, как некоторую часть от пре-
дельного оп, т.е.
(jnp = сгп / п (3.4)
здесь число п по В.Г. Березанцеву [5] можно принять равным
2,5—3.
4. Полученное значение апр по (3.4) приравнять к предель-
ному давлению и по графику ап ~ f (С) найти соответствующий
ему предельный размер Со.
5. Найти Ср по (3.3), принимая пс — часть разности Со — С,
равным отношению ап : опр = п.
В качестве примера определим расчетное расстояние между бло-
ками-подушками прерывистого штампа (фундамента), работав-
шего совместно с песчаным основанием при размере блоков-по-
душек Ъп = 14 мм и угле внутреннего трения этого основания
Ф = 45°.7
При п = 3, согласно [5], расчетное давление по формуле (3.4)
равно 0,135 МПа, а соответствующее ему расстояние С из графи-
ка ап = f (С) (ем. рис. 3.10) — 32 мм.
И, наконец, приравнивая пс = п из (3.3) находим, что
Со - С 32-20
Ср - С + ——— - 20 + —----------------= 24 мм. .
п 3
Чтобы от этих частных средних опытных значений С; Ср; ап;
опр перейти к любым Cj; Ср&* и апр^ при известных значениях
*Ър । и углов внутреннего трения ух грунтов-оснований, следует
воспользоваться следующими зависимостями, вытекающими из за-
конов подобия:
104
Ci =bP(ij(C/bp);
^pli)” Цэф (^p / Ьр);
C^l(i)= <Tn Cbp(i)/^p) ;
^np(b" ^np (bp(i)/'bp) •
(3.5)
(3.6)
(3.7)
(3.8)
Пользуясь уравнениями (3.5—3.8) можно найти любые расчет-
ные расстояния Cpjjj между блоками-подушками прерывистых
фундаментов и расчетные давления ап^|В песчаных основаниях.
3.7. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ПРЕРЫВИСТО-ШПАЛЬНЫХ ФУНДАМЕНТОВ
Экспериментальные исследования совместной работы прерывис-
то-шпальных фундаментов с грунтами основания выполнены
В.Н.Голубковым, Ю.Ф. Тугаенко и др. [30]. Эти исследования
показали:
1. Под подошвами шпальных фундаментов в грунтовых осно-
ваниях образуются зоны деформаций (рис. 3.11).
2. Объемные Vs и линейные S осадки возрастают пропорцио-
нально росту объемов зон-деформаций Va.
3. Объемы Va и глубины На зон деформации под шпальными
фундаментами меньше, чем под эквивалентными фундаментами
со сплошной подошвой.
4. При одинаковых объемных осадках Vs = S * Рф зоны дефор-
маций под шпальными фундаментами меньше, чем под сплошны-
ми прямоугольными фундаментами, потому что плотность грунта
в зонах деформаций под шпальными фундаментами несколько
больше, чем под фундаментами со сплошной подошвой (за счет
дополнительного уплотнения грунта под этими фундаментами).
5. В зависимости от расстояния между шпальными фундамента-
ми в грунтовых основаниях формируются различные зоны дефор-
маций.
При больших расстояниях между шпальными фундаментами,
исключающими взаимное их влияние через основание, под каж-
дым фундаментом формируется самостоятельная зона деформа-
ции, а при расстояниях между отдельными фундаментами, обеспе-
чивающими их совместную работу через посредство основания, как
и в первом случае, сначала формируются зоны деформации, под
каждым шпальным фундаментом, а потом общая зона деформа-
ции (см. рис. 3.11, б).
6. Взаимное влияние шпальных фундаментов начинается с мо-
мента превышения среднего давления Рк = Р / FK, т.е. давления
под контурной площадью шпальных фундаментов, структурного
сопротивления грунта уплотнению Рсу.
105
Рис. 3.11. Опытные данные развития зон деформации оснований с прерывис-
то-шпальными и сплошными фундаментами
а — под прерывисто-шпальными фундаментами при отсутствии взаимного
влияния фундаментов; б — то же, при наличии взаимного влияния фунда-
ментов; в — под сплошным фундаментом
Рис. 3.12. Схема клиновидного шпального фун-
дамента и опытные графики
а — схема клиновидного шпального фундамен-
та; б — зависимости = -р ( для шпаль-
ных и клиновидно-шпальных фундаментов; в —
зависимости S - f1(P) под различными
клиновидно-шпальными фундаментами во влаж-
ных лессовых грунтах
7. Объединение отдельных зон деформаций и дальнейшее разви-
тие общей зоны деформаций под всеми шпальными фундамента-
ми происходит плавно.
8. Грунт основания в отдельных зонах деформаций плотнее,
чем в общей зоне деформаций.
9. Искусственное повышение плотности грунта в пределах зоны
деформаций до 7СК > 16,5 кН/м^ значительно уменьшает осадки
шпальных фундаментов.
Еще лучшими технико-экономическими показателями характе-
ризуются забивные клиновидные шпальные фундаменты (рис.
3.12) и в том числе объемы зон деформаций и осадок под этими
106
фундаментами меньше, чем под шпальными фундаментами, а мо-
дуль деформации, наоборот — выше (благодаря предварительному
уплотнению грунтов при забивке этих фундаментов сваебойной
техникой).
3.8. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ПРЕРЫВИСТЫХ ФУНДАМЕНТОВ В ВЫТРАМБОВАННЫХ КОТЛОВАНАХ
Анализ экспериментальных исследований совместной работы
грунтов основания с прерывистыми фундаментами в вытрамбо-
ванных котлованах, приведенных в работах [7; 14], показывает,
что:
вытрамбование котлованов под фундаменты целесообразно
производить на просадочных лессовых 1-го типа покровных и на-
сыпных глинистых грунтах с числом пластичности > 0,03 и с
объемной массой скелета грунта уск < 16,5 кН/мЗ, в смесях с чис-
лом пластичности Jp < 0,03, в мелких и пылеватых песках, в плот-
ных глинистых грунтах с объемной массой скелета уск > 16,5
кН/мЗ;
на просадочных грунтах 2-го типа вытрамбование котлованов
возможно в том случае, если суммарная просадка просадочного
грунта от собственной массы и осадка фундамента от действия
внешней нагрузки не превышает предельно допустимую осадку
фундамента здания (сооружения);
применение метода вытрамбования котлованов под фунда-
менты зданий и сооружений выгодно по многим технико-эко-
номическим показателям и в том числе из-за сокращения объема
земляных работ в 3—6 раз, снижения опалубочных работ до мини-
мума; существенного повышения плотности и расчетного сопро-
тивления грунта основания;
эффективность вытрамбования котлованов зависит от плот-
ности и влажности грунта основания, площади и веса трамбовки,
высоты падения трамбовки, количества его ударов и других фак-
торов;
повышение площади трамбовки и высоты ее падения вызывают
образование воздушной подушки между подошвой трамбовки
и дном котлована, при этом сжатый воздух, принудительно выхо-
дящий из воздушной подушки, разрыхляет грунт основания на дне
и в стенках котлована на 0,2—0,4 м;
для исключения образования воздушной подушки необходимо
устраивать в трамбовке отверстие диаметром от 0,10 до 0,20 м
или применять трамбовки с заостренными формами подошв;
по мере повышения плотности и структурной прочности грунта
эффект вытрамбования котлованов уменьшается и поэтому вы-
трамбование котлованов следует производить до объемной массы
скелета грунта, равной 16,5 кН/м^;
при влажности грунтов менее 0,04—0,06 от влажности на грани-
це раскатывания происходит не только снижение эффективности
вытрамбования, но и интенсивное разуплотнение грунта в верхней
107
части стенок котлована и поэтому такие грунты до начала и во вре-
мя вытрамбования котлованов необходимо доводить до влажнос-
ти, превышающей влажность на границе раскатывания б пределах
0,01—0,03;
в результате вытрамбования в грунте основания образуются кот-
лован и уплотненная грунтовая зона в форме усеченного конуса
с глубиной h, равной 1,5 Рср и шириной, равной примерно 2 Рср
(где Рср —средняя ширина котлована на глубине, равной полови-
не высоты hK котлована); при этом в уплотненной зоне объемная
масса скелета грунта с глубиной и в стороны от оси котлована
постепенно уменьшается от максимального значения (17,5—19,5
кН/м^) до природного.
* * *
Обобщая изложенное, следует отметить, что эксперименталь-
ные исследования совместной работы различных прерывистых
фундаментов с грунтами основания подтвердили теоретические
основы расчета этих фундаментов, изложенные в гл. 2 и, в том
числе, впервые экспериментально установлено, что в грунтах
основания возникают несущие грунтовые своды (арочный эф-
фект) в промежутках между блоками-подушками прерывистых
фундаментов (см. рис. 3.5 и 3.6). Благодаря арочному эффекту
прерывистая подошва, прерывистого фундамента 'превращается
в непрерывную; прерывистое расположение блоков-подушек
напряженно-деформированное состояние ленточных прерывис-
тых фундаментов и грунтов основания трансформирует из плоско-
го в плоско-пространственное и соответственно увеличивает несу-
щую способность грунта (см. табл. 3.5). Доказана технико-эко-
номическая целесообразность массового применения различных
прерывистых фундаментов взамен эквивалентных непрерывных
на непросадочных грунтах основания в несейсмических районах
строительства.
4. ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА НЕКОТОРЫХ ТИПОВ
ПРЕРЫВИСТЫХ ФУНДАМЕНТОВ
4.1. РАСЧЕТ КОЛЬЦЕВЫХ, ПРЕРЫВИСТО-КОЛЬЦЕВЫХ
И ПРЕРЫВИСТО-ПОЛЫХ КВАДРАТНЫХ ФУНДАМЕНТОВ
С УЧЕТОМ СОВМЕСТНОЙ РАБОТЫ ИХ В ПОЛОЙ ЧАСТИ
С ОСНОВАНИЯМИ
При расчете кольцевых фундаментов (ширины и наружного
диаметра кольца) совместная работа их с основаниями внутри-
кольцевого пространства обычно в учет не берется. Это возмож-
но тогда, когда диаметрально противоположные участки кольце-
108
Рис. 4.1. Общий вид предельного напряженно-деформированного состояния
основания под кольцевым фундаментом
— разрез 1 — 1; б — план
вого фундамента, .например, участки, выделенные сечениями
V- l4i 2-2 (рис. 4.1 L удалены друг от друга настолько, что не
вызывают взаимного влияния через посредство грунта основа-
ния, Если же внутренний диаметр кольцевого фундамента мень-
ше, чем полторы его ширины, т.е. меньше чем 1,5 то эти участ-
ки влияют друг на друга настолько, что в промежутке между ни-
ми в основаниях возникает арочный эффект в виде разгружающе-
го грунтового купола (рис. 4.1) и его обязательно нужно
учитывать не только при расчете ширины и внутреннего диаметра
кольцевого фундамента, но и определении предельной нагрузки
109
4.2. Планы прерывистых фундаментов
а — прерывисто-кольцевого; б — полого прерывисто-квадратного
В последнем случае расчет кольцевых и прерывисто-кольцевых
фундаментов производится так:
а) вычисляют площадь круглого фундамента FKp и его диаметр
р:
FKp = NH/ ( 10 R-yn h), (4.1)
1>кр = (4.2)
б) определяют внутренний диаметр Сп = d кольцевого фунда-
мента DK, пользуясь формулой (2.50) в виде
cn= кЬр(п), (4.3)
где
К = [8 (tg + -£- ) tg (45° - --- ) ] / [2 - (tg +
б 2
+ —tg (45° — —) ]2, (4.4)
Ьр(п) - неизвестная ширина кольцевого фундамента Вк. Из рис.
4.1.
= 2 Ър^ + Сп, (4.5)
подставив (4.3) и (4.5), получим
^р(п) = Дк ! (2 + к). (4.6)
110
Величина к определяется по (4.4) , пользуясь опытными значе-
ниями су и о.
Кроме того, при расчете прерывисто-кольцевых фундаментов
(рис. 4.2) следует выполнить две корректировки расстояния С
между блоками-подушками этих фундаментов следующим' обра-
зом:
а) находят длину внутренней окружности кольцевого фун-
дамента
Ld = тг d; (4.7)
б) задаются внутренним размером (хордой) 'Ьр блока-подуш-
ки прерывисто-кольцевого фундамента (рис. 4.2) в пределах
от 0,5 до 1 м; ?
в) при известном значении Ьр и находят расстояние С = С
между блоками-подушками прерывисто-кольцевого фундамента
по (4.3), заменив в ней лишь Сп и вр(п) соответственно на Cz и
Ьр;
г) определяют число п блоков-подушек
П= (Ld + Р / (Ьр + с'); (4.8)
д) выполняют 1-ю и 2-ю корректировки размера С\ соглас-
но п. 5.3.
4.2. РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ РАЗЛИЧНЫХ
ПРЕРЫВИСТО-КОМБИНИРОВАННЫХ ФУНДАМЕНТОВ
Прерывисто-комбинированными будем называть такие фунда-
менты, которые состоят из различных фундаментов со сплошной
подошвой 1, грунтовых или песчаных подушек 2 и тонкостенных
оболочек 3 (рис. 4.3) . Эти фундаменты целесообразно применять
при большой толще непросадочных слабых грунтов-оснований
взамен песчаных или грунтовых подушек, различных свайных
фундаментов или других дорогостоящих искусственных основа-
ний. Основными размерами этих фундаментов, подлежащих расче-
ту, являются диаметры круглых фундаментов DKp и тонкостенных
оболочек ЛОб, промежутки Ск между круглыми фундаментами
и оболочками и расчетные высоты Коб оболочек. Расчет этих
размеров прерывисто-комбинированных фундаментов производит-
ся следующим образом.
1. При известных значениях расчетных углов внутренних трений
удельных сцеплений CIS грунтов основания и при других исход-
ных величинах по формуле (7) [16] вычисляют расчетное сопро-
тивление R для всех грунтов основания в пределах сжимаемой тол-
щи.
2. Задается или определяют по формуле (7) [16] расчетное
сопротивление Rnc грунтовой или песчаной подушки под подош-
вой проектируемого круглого фундамента с известной глубиной
111
Рис. 4.3. Расчетная схема прерывисто-комбинированного фундамента
1 — круглый фундамент; 2 — оболочка; 3 — песчаная (грунтовая) подуш-
ка; 4 — слабый грунт основания; 1)ф — диаметр круглого фундамента;
— диаметр оболочки; Н — высота оболочки; C^~adQ —
расчетный полупролет несущего грунтового свода
заложения h и средней объемной массой фундамента и грунта на
его полках уп.
3. Находят площадь FKp и диаметр Ркр круглого фундамента
соответственно по формулам (4.1) и (4.2).
В случае применения квадратных и прямоугольных фундамен-
тов со сплошной подошвой' в составе прерывисто-комбинирован-
ных фундаментов стороны их 1р(к) и *Ьр (пр) соответственно
определяют из выражений:
Ьр(к) =\/Г^к'р? (4.9)
Ьр (пр) = кр / (4.10|
где а — большой размер прямоугольного фундамента в плане при заданном
значении а/Ж
При применении ленточного фундамента в составе прерывисто-
комбинированного фундамента, например, фундамента "стена в
грунте" ширину (л) ленточного фундамента приравнивают к
Рф,т.е.
%(л)=Й^
где Рф — определяется по формуле (4.1).
4. Из рис. 4.3 определяют внутренний диаметр оболочки
U,5 = ^-'k+I)><P (4'12>
гдеЭкр “Ьр; Ск = а0 а =Ь0Ъ- расчетный полупролет несущего грунтово-
го свода или ширина промежутка между фундаментом со сплошной подош-
вой и тонкостенной оболочкой.
5. Определяют величину Ск = С?пользуясь уравнением (2.50)
в виде
112
З'-р = _ (tg + —С-) tg (45° - - ) ]2 /8 (tg +
Ск г. °
+ -Л- ) tg (45° - -4-'- ). (4.13)
Введем обозначение
(3 = [2 - (tg <р)( + С)( / a) (tg 45° — (£((/2») ]2 / 8 (tg +
+ Ctl / a(tg (45° - <?„ / 3). (4.14)
где О’ — нормальное напряжение, при котором определены и CS1 _
Вычислив величину р по (4.14}, найдем
Ск=Вкр/р. (4.15)
6. Определяют толщины песчаной (грунтовой) подушки или
высоты оболочки Используясь условием п. 2.48 [16] в виде
^<Rcn , (4.16)
где Rcn — расчетное сопротивление слабого грунта основания под подошвой
проектируемого прерывисто-комбинированного фундамента; определяется
по формуле (7) [1б] в виде
Ren = 7d 7с2 ( М7 kd ъ 7ц + М, Н у’„ + (Мд - 1) d& 7Д +
+ МсС„] /к, (4.17)
где 7с1; 7С2 — коэффициенты условий работы грунтового основания и зда-
ния (сооружения); к — коэффициент надежности; Му; Мд; Мс — безразмер-
ные коэффициенты, зависящие от угла внутреннего трения грунта основа-
ния, определяются по табл. 4 (16); $ — сторона (ширина)- квадратного
проектируемого прерывисто-комбинированного фундамента определяется
из выражения
в=уггД^74; (4.18)
Н = сЦ + Ноб — глубина заложения проектируемого прерывисто-комбини-
рованного фундамента; 7^ — осредненное (по слоям) расчетное значение
удельного веса грунта, залегающего выше отметки глубины заложения
проектируемого прерывисто-комбинированного фундамента; 7Н — то же,
но залегающего ниже подошвы этого фундамента; Су - расчетное значение
удельного сцепления грунта; — суммарное нормальное давление на глу-
бине Н; определяется из выражения
<tz = <?oz(o6) +сге2; (4.19)
где СТо-гоб = (N + Оф + Оф (Об)) / Гф (об), (4.20)
aOZ(o6) “ фактическое давление под подошвой проектируемого прерывис-
то-комбинированного фундамента; N — равнодействующая внешнего дав-
ления; Оф — собственная масса проектируемого фундамента со сплошной
подошвой и грунта на его полках равна
113
Q* = FKph7n; (4.21)
Оф (об) средняя собственная масса тонкостенной оболочки и грунтовой
(песчаной) подушки
(об) ~ Fo6 FI06y05 + FKp Ноб упс, (4.22)
где FO6 — площадь оболочки равна
FO6=^Dop3, (4.23)
где 6 — расчетная толщина тонкостенной оболочки определяется по фор-
муле ____f
5-0 б Г ®м
5 (V----------------1), (4.24)
2 О — 2 Р а
где (Тм — расчетное напряжение материала оболочки; Ра — максимальное
давление грунта на внешнюю поверхность оболочки; ДСр — средний диаметр
оболочки.
Из рис. 4.3 следует, что
Лср = До6+0,5 5, (4.25)
Ноб “ искомая высота оболочки; Тоби7пс объемные массы оболоч-
ки и грунтовой подушки; Рф (об) — площадь прерывисто-комбинирован-
ного фундамента; равна
Гф <стб) (0,25 Лоб+.Dcp 5), (4.26)
(Jgz — природное давление от масс слабого грунта на глубине d-j и грунтовой
(песчаной) подушки на глубине Ноб; определяется по формуле
ст&г. =7п di + Тпс Ноб, (4.27)
где Уу — средняя объемная масса слоев грунтов, залегающих выше dj.
Подставив (4.17) и (4.19—4.27) в (4.16), получим формулу
для определения расчетной' высоты Ноб оболочки
Ноб= { тт (0,25 Лр6 + D,cp 5) [kM7 kzb7rI+ kMfld1 +
+ (Mq - 1) К dB 7' + k.Mc С,(] - N - FKp d, 7п}/ [я (0,25 D2o6 +
+ J?Cp 5) (Упс ~~ В упс) гкр 7пс Fo6 уоб j (4.28)
* * *
Из всего описанного следует, что учет арочного эффекта позво-
ляет вместо круглых, квадратных и прямоугольных фундаментов
со сплошной подошвой проектировать соответственно кольцевые,
полые квадратные и прямоугольные фундаменты. При этом техни-
ко-экономические показатели совместной работы этих фундамен-
та
тов с грунтами основания также высоко эффективны, как и для
ленточных прерывистых фундаментов. Использование арочного эф-
фекта при устройстве песчаной подушки внутри тонкостенной
железобетонной оболочки позволяет применять прерывисто-ком-
бинированные фундаменты на слабых непросадочных ^грунтах
основания и обеспечивает существенное снижение материалоем-
кости и стоимости фундаментов. Проектирование и устройство
кольцевых, полых квадратных И прямоугольных фундаментов,
а также и прерывисто-комбинированных фундаментов по техни-
ко-экономическим показателям целесообразно взамен эквивалент-
ных фундаментов со сплошной подошвой на непросадочных не-
скальных грунтах основания.
5. МЕТОДЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРЕРЫВИСТЫХ ФУНДАМЕНТОВ
5.1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРЕРЫВИСТЫХ ФУНДАМЕНТОВ
Прерывистые фундаменты проектируются в следующем поряд-
ке:
1. Определяется ширина ленточного фундамента со сплошной
подошвой по формуле [12] :
b = NH/R-7nh, (5.1)
где NH — нормативная нагрузка; R — расчетное сопротивление грунта ос-
нования определяется по формуле (7) [1 б]; 7п — средний объемный вес
фундамента и грунта на его полках; h = — глубина заложения фундамен-
та.
Затем значение Ъ корректируется путем варьирования состав-
ляющими этого уравнения, кроме величины NH, до тех пор, пока
не будет выполнено условие
Р = R, (5.2)
где Р — давление под фундаментом со сплошной подошвой от действую-
щих нагрузок.
2. Находится площадь фундамента со сплошной подошвой
F = L Ъ, (5.3)
где L — длина фундамента, м.
3. Для конкретных грунтовых условий согласно пп. 3.198 и
3.199 [12, 16] ^назначается максимальное возможное значение
коэффициента kj, учитывающего влияние распределительной
способности и арочного эффекта, возникающего в грунтах-основа-
ниях, в промежутках между блоками-подушками прерывистого
фундамента; коэффициент kj = 1—1,3.
115
4. По каталогу подбирается блок-подушка длиной 1и шири-
ной1)Пп
5. Определяется суммарная площадь подошвы всех блоков-
подушек Fnp прерывистого фундамента
Fnp = F / K(j й (5.4)
6. Вычисляется необходимое число блоков-подушек гН
п = Fnp / jnp + Д п, (5.5)
где fnp ” площадь блока-подушки; Д п — поправка для округле-
ния отношения Fnp / fnp Д° ближайшего целого числа.
7. Определяется фактическое отношение
^d = F/Fnp = F/ (n fnp). (5.6)
8. Находится расчетное расстояние С между блоками-подушка-
ми:
С = IC-n l§) / (n-1). (5.7)
9. Определяется расчетное давление РПр.бл П°Д подошвой бло-
ка-подушки:
Рпр.бл = Р, (5.8)
где
Р= (NH/fnp) + Тер Ь. (5.9)
10. Определяется давление Рпр под подошвой прерывистого
фундамента с общей площадью, т.е. с суммарной площадью бло-
ков-подушек и промежутков между ними F^p по формуле:
Рпр = ГГ /f'r (5.10)
где
РГф™1*ЪПр. (5.11)
С учетом (5.3, (5.9) и (5.11) для ленточного прерывистого фунда-
мента
Рпр = РЬ/Ьпр. (5.12)
При проектировании прерывистых фундаментов по приведен-
ным формулам следует также руководствоваться следующими
указаниями п. 3.202 [121 :
116
а) чем больше ширина блоков Ьпр при одной и той же длине,
тем больший просвет получается между ними. Величина просвета
между блоками-подушками прерывистого фундамента должна
быть не более 1,2 м и 0,7 ^ширина фундаментных блоков Ъпр —
не более 1Л Т?;
б) раскладка блоков в прерывистом фундаменте осущест-
вляется тем легче, чем меньше длина этих блоков и чем больше
общая длина ленточного фундамента;
в) в проекте должно предусматриваться заполнение с трам-
бованием промежутков между блоками песком или местным
грунтом;
г) рекомендуется подбор размеров блоков выполнять в
нескольких вариантах, чтобы обеспечить при допустимых значе-
ниях С наибольшую величину повышающего коэффициента
и экономичность фундамента; для тех же целей целесообразно
применение в случае необходимости в прерывистом фундаменте
блоков не только нормальной длины, но и укороченных, напри-
мер, половинной длины;
д) применение прерывистых фундаментов экономически неце-
лесообразно, если фактическое значение коэффициента при
подборе блоков стало меньше единицы и давление по подошве
прерывистого фундамента меньше, чем у ленточного непрерыв-
ного фундамента;
е) краевые давления при внецентренной нагрузке не должны
превышать величины 1,2 k^R;
ж) при расчете осадок прерывистого фундамента он рассмат-
ривается как непрерывный ленточный фундамент шириной Ьпр
с давлением по его подошве равным Рпр, определяемым по фор-
муле (5.12) ;
з) давление по подошве блоков Рпр.бл = kd Р, пересчитанное на
нагрузки, принимаемые для расчетов по прочности, не должно пре-
вышать давления, на которое запроектирована конструкция бло-
ков.
5.2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРЕРЫВИСТЫХ ФУНДАМЕНТОВ
С УЧЕТОМ ВОЗНИКНОВЕНИЯ АРОЧНОГО ЭФФЕКТА В ОСНОВАНИЯХ
Расчетное расстояние между блоками-подушками ленточных и
прямоугольных прерывистых фундаментов зависит от формы и
расположения блоков-подушек (рис. 5.1) и определяется следую-
щим образом:
1. Определяют ширину Ь ленточного или прямоугольного фунда-
мента в обычном порядке по формуле
(10 П К-КтпЬЗ) b3~NHb -6 NH е = 0, (5.13)
где NH — нормативная нагрузка; (3 =0,85; Ыа /Ъ — большая сторона прямо-
угольного фундамента; е — эксцентриситет; R — расчетное давление грунта;
h — глубина заложения фундамента; у — средний объемный вес фундамен-
та и грунта на его полках. п
117
Рис. 5.1. Основные схемы
расположения фундамент-
ных блоков-подушек в
прерывистом фундаменте
а — из полых квадратных
блоков-подушек; б — из
полнотелых блоков-поду-
шек; в — из прямоуголь-
ных блоков-подушек с
длинной стороной, перпен-
дикулярной оси фунда-
мента; г — то же, с длин-
ной стороной, параллель-
ной оси фундамента
2. Учитывая, что благодаря явлению арочного эффекта в пес-
чаных и других основаниях в промежутках между блоками-подуш-
ками прерывистого фундамента прерывистая подошва превращает-
ся в непрерывную, ширину Ъ и длину Ь прерывистого фундамента
приравнивают к соответствующим размерам эквивалентного не-
прерывного фундамента, полученным по пункту 1 согласно [25].
3. На основании пункта 2 за меньшую ширину прямоугольных
блоков-подушек или сторону квадратных блоков-подушек пре-
рывистых фундаментов а, в, г типов принимают ширину Ь непре-
рывных фундаментов, полученных по пункту 1 с округлением их
до ближайших больших типов размеров, а за длину прямоуголь-
ных блоков-подушек — типовые, соответствующие принятым tnp
(см. рис. 5.1).
4. В случае применения прерывистых фундаментов типа Ь это
же правило остается в силе, только за размер 'bnD поинимается не
Ual.
о
118
5. Далее найдем искомый размер С согласно [11] из урав-
нения (2.50) в виде
С{8
С =1зпр [ 8 (tg 4- --А- ) tg (45° - ) ] / [2 - (tg +
+ ) tg (45° - --- ) ]2, (5.14)
О 2
гдз С — расстояние между блоками-подушками прерывистого фундамента;
оПр ~ ширина (меньший размер) блока-подушки прерывистого фунда-
мента; и сп — соответственно нормативный угол внутреннего трения
грунта-основания и удельное сцепление; О — давление, при котором опре-
делены ^tl и с(1. Величину о можно принять также равной R.
Для определения размера полой части (промежутка) поло-
го квадратного блока-подушки произвольно задаются шириной
ее Ъпр (см. рис. 5.1, а) и при известном значении угла внутрен-
него трения грунта-основания определяют ее из (5.14), заме-
нив в нем С на Сп и Ьпр наЪрп-
Размер С, определенный по (5.14), требует двойной корректи-
ровки, во-первых, в целях обеспечения арочного эффекта в грунто-
вых основаниях во всех точках промежутков между блоками-
подушками прерывистых фундаментов, во-вторых, с целью обеспе-
чения точной раскладки фундаментных блоков-подушек по извест-
ной длине прерывистых фундаментов.
Способы корректировки размера С, определенного по формуле
(5.14), излагаются в следующем параграфе.
5.3. СПОСОБЫ КОРРЕКТИРОВКИ РАССТОЯНИЯ
МЕЖДУ БЛОКАМИ-ПОДУШКАМИ ПРЕРЫВИСТЫХ ФУНДАМЕНТОВ
Первый способ, т.е. корректировка из условия обеспечения ароч-
ного эффекта в грунтовых основаниях во всех точках промежут-
ков между блоками-подушками прерывистого фундамента. Напря-
женно-деформированное состояние оснований в промежутках меж-
ду блоками-подушками в значительной степени зависит от формы
блоков-подушек и их расположения в прерывистых фундаментах.
Так, например, в промежутках между ленточными или длинными
прямоугольными блоками-подушками, обращенными друг к дру-
гу длинными сторонами, в основаниях возникает плоское напря-
женно-деформированное состояние, а в промежутках между квад-
ратными или прямоугольными блоками-подушками, обращенны-
ми друг к другу короткими сторонами — пространственное напря-
женно-деформированное состояние.
Это существенно влияет на качество формирования предельных
несущих грунтовых сводов в промежутках между блоками-подуш-
ками и на качество совместной работы их с прерывистыми фунда-
ментами.
В частности^ при плоском предельном напряженно-деформиро-
ванном состоянии в промежутках между блоками-подушками
грунтовые полусводы, стыкуясь по всей ширине прерывистого
119
фундамента, за исключением небольших участков в торцах блоков-
подушек, превращают прерывистую подошву фундаментов в не-
прерывную.
При пространственном предельном напряженно-деформирован-
ном состоянии в промежутках между блоками-подушками пре-
дельные несущие грунтовые полусводы друг друга касаются лишь
в одной точке и не обеспечивают непрерывность подошвы преры-
вистого фундамента. Кроме того, в последнем случае частицы грун-
та основания могут дополнительно перемещаться во всех радиаль-
ных направлениях и вызвать разрушение предельных несущих
грунтовых сводов.
В целях недопущения этих нежелательных факторов в основа-
ниях предельное расстояние С между блоками-подушками, вычис-
ленное по расчетной формуле (5.14), следует корректировать в
меньшую сторону так, чтобы в промежутках между блоками-по-
душками обеспечивалась полная непрерывность предельных несу-
щих грунтовых сводов (арочного эффекта).
Для достижения этой цели необходимо:
1. Определить расстояние С между двумя квадратными бло-
ками-подушками прерывистого фундамента по (5.14) (рис. 5.2),
2. Из центра квадратных блоков-подушек О и Of описать окруж-
ность радиусом гс = (С + Ър) / 2 так, чтобы эти окружности имели
общую точку d0<
3. Одну из этих окружностей, например, с центром О, смес-
тить до точки О1 так, чтобы расстояние а Ь' между общими точ-
ками окружностей с центрами О и О<| оказалось равным стороне
квадратного блока-подушки*
4. Найти из полученного графического построения скорректиро-
ванное расстояние С между квадратными блоками-подушками,
как разность С-00.'
В случае устройства прерывистого фундамента из прямоуголь-
ных блоков-подушек, обращенных друг к другу короткими сторо-
нами, все графические построения остаются без изменений, но при
этом окружности описываются не из геометрических центров пря-
моугольных блоков-подушек, а из центров О и некоторых ус-
ловных квадратных блоков-подушек авсб и со сторона-
ми, равными меньшим размерам прямоугольных блоков-подушек
(рис. 5.3)
Второй способ, т.е. корректировка из условия обеспечения точ-
ной раскладки блоков-подушек по известной длине прерывистого
фундамента:
1. Определяют число п блоков-подушек в пределах длины пре-
рывистых фундаментов типов а и б (см. рис. 5.1) :
n= ( L + C) / (впр + С), (5.15)
а для прерывистых фундаментов типов виг
n - (L + С) / (1g + С). (5.16)
120
Рис. 5.2. Графический расчет
подушками при Уг45°
расстояния С между квадратными блоками-
лодушкамиа^иЧуС=45Й°РаСЧеТ расстояния С межДУ прямоугольными блоками-
121
Значение п, полученное по формулам (5.15) и (5.16), округ-
ляют до ближайшего большого числа.
2. Определяют корректируемую длину 1К для прерывистых
фундаментов типов а и б:
гк =П (Ьр + С) - С, (5.17)
а для прерывистых фундаментов типов виг:
tK =n (16 + С) -С. (5.18)
3. Находят-величину неувязки (разности) 1Н между и длиной
прерывистых фундаментов, т.е.
tH =tK - L. (5.19)
4. При'известном значении числа п блоков-подушек прерывис-
того фундамента определяют число пс промежутков С между ними.’
пс = п — 1. (5.20)
5. Зная значение неувязки 1Н и количество промежутков, нахо-
дят величину Сд уменьшения промежутка С между блоками-по-
душками, полученного по (5.19).
Сд=1н/пс. (5.21)
6. Определяют скорректированную величину промежутка Ск
между блоками-подушками по формуле:
Ск=С-Сд. - (5.22)
Из числа ленточных прерывистых фундаментов, показанных на
рис. 5.1, по технико-экономическим показателям наиболее прием-
лемы типы а, б, в ]А особенно а. Целесообразно также применение
решетчатых фундаментов под колонны зданий и сооружений, при-
веденных на рис. 1.20. Внедрение этих фундаментов в строительст-
во взамен существующих сплошных фундаментов под колонны
серии 1.412—1/77 [20] (см. табл. 1.3) позволит снизить материа-
лоемкость и стоимость фундаментов на 22—280% и существенно
улучшить показатели совместной работы грунтовых оснований
с фундаментами.
5.4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРЕРЫВИСТО-ШПАЛЬНЫХ ФУНДАМЕНТОВ
Основы проектирования прерывисто-шпальных фундаментов
под здания и сооружения разработаны в Одесском инженерно-
строительном институте под руководством В.Н. Голубкова и
Ю.Ф. Тугаенко [30]. До проектирования прерывисто-шпаль-
122
Рис. 5.4. Расчетная схема прерывисто-шпального
фундамента по методике Одесского ИСИ
Т а б лица 5.1. Опытно-расчетные основные показатели
прерывисто-шпального фундамента с грунтом основания
Площадь F, м2 Расчет- ные зна- чения, см Давле- ние, Р, МПа Глубина зоны де- форма- ции На, см Расчетная глубина зо- ны дефор- мации ^а.р' см Среднее давление Рср, МПа Модуль деформа-
Подошвы фунда- ментов рш нш по рис. 5.5 н;р-н^' рс;ч?ш+ По рис. 5.6, а
Контуры фунда- ментов vF Рк Нй по рис. 5.6 "I/ . P.,W5₽« По рис. 5.5, а
Ео* — модуль деформации, определенный в одометре.
ных фундаментов необходимо определить основные опытные
показатели совместной работы этих фундаментов с грунтами
□снования строительной площадки от действия проектных нагру-
зок проектируемого здания или сооружения, а потом пользуясь
этими данными произвести проектирование прерывисто-шпаль-
ных фундаментов, руководствуясь следующими указаниями:
1. Проектирование оснований и прерывисто-шпальных фунда-
ментов следует производить по предельным деформациям.
2. Прерывисто-шпальные фундаменты должны проектировать-
ся как в виде отдельных блоков (шпал) с шириной 15—30 см,
так и в виде группы блоков, соединенных между собой. Уклады-
ваются они на грунты основания поперек несущих стен зданий и
сооружений по уплотненной песчаной подготовке толщиной 5—
15 см (см. рис. 1.18) и объемным весом скелета = 16,0 —
18,5 кН/мЗ.
3. Промежутки между блоками (шпалами) должны проекти-
роваться из условия исключения взаимного их влияния при
совместной работе с грунтом основания.
4. Учитывая, что клиновидно-прерывисто-шпальные фунда-
менты позволяют наиболее активно влиять на изменения разме-
123
Рис. 5.5. Графики зависимостей
я ~гр-т(£оЪ для
прерывисто-шпальных фундаментов (1 — для
лессовых суглинков с f&—14,0 кН/м3 и Егр~0,6—
0,8 МПа; П -- для песчаРой подушки с % 16,5
кН/M3, Егр ~ 0,4—0,5 МПа)
Рис. 5.6. Графики зависимостей
а ~ f ( ” при площадях до 3,50 м2 для
лессовых суглинков с — 13,5—14,0 кН/м3 и
0,6—0.8 МПа; б - ~ - при площадях более
4,0 м% и Р 0,1 МПа®~
ров зоны деформации грунта основания и на средний модуль его
объемной деформации, их следует, как правило, проектировать
на нелросадочных уплотненных грунтах основания с объемным
весом скелета уск = 16,0 — 18,5 кН/м^.
По верху прерывисто-шпальных фундаментов должны устанав-
ливаться проектные фундаментные балки и стены или же цоколь-
ные панели здания (см. рис. 5.4). Расчет деформаций прерывисто-
шпального фундамента следует производить в следующей после-
довательности:
1. По данным полевых исследований грунтов основания уста-
навливается расчетная схема, аналогичная рис. 5,4;и составляются
опытные таблицы и графики, подобные соответственно табл. 5.1.
и рис. 5.5 и 5.6.
2\ Пользуясь табл. 5.1 и опытными графиками (см. рис. 5.5
и 5.6) определяется осадка фундамента по эмпирической формуле
ОИСИ.
5=0,5(Рш+Рк) Н*р / Егр + 0,5 Рк Нд / Егр,
(5.23)
124
где Рш и Рк — соответственно давления под подошвой отдельных шпаль-
ных фундаментов и под контурной площадью этих фундаментов; р —
и Нд - соответственно расчетные глубины зон деформации под отдель-
ными шпальными фундаментами и под контурной площадью этих фунда-
ментов; ЕГр — модуль деформации грунта от среднего давления. /
5.5. 'ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЛЕНТОЧНЫХ ПРЕРЫВИСТЫХ ФУНДАМЕНТОВ
В ВЫТРАМБОВАННЫХ КОТЛОВАНАХ
Основы проектирования фундаментов в вытрамбованных кот-
лованах и в том числе ленточных прерывистых, разработаны
НИИОСПом Госстроя СССР под руководством В.И.Крутова [7;
14]. На основе проведенных исследований приведем некоторые
дополнения, которые заключаются в следующем:
фундаменты в вытрамбованных котлованах следует применять
в нескальных грунтах с большой степенью пористости и в том чис-
ле в лессовых грунтах, покровных и насыпных глинах с числом
пластичности ^р> 0f03, со скелетом грунта уск < 16 кН/мЗ и
со степенью влажности G < 0,75.
При устройстве вытрамбованных .котлованов в просадочных
грунтах предварительно должны быть устранены их просадочные
свойства в соответствии с указаниями СНиП 2.02.01—83 [16] и
Руководства [12].
Фундаменты в вытрамбованных котлованах должны рассчи-
тываться по несущей способности как бетонные и железобетон-
ные элементы, согласно СНиП 21—75 [.18], по устойчивости, если
они воспринимают горизонтальные нагрузки, больших вертикаль-
ных; по предельным деформациям оснований фундаментов от
действия вертикальных нагрузок и по предельным перемещениям
и углам поворотов фундаментов от действия горизонтальных наг-
рузок или моментов.
В целях повышения расчетного сопротивления грунта основания
под фундаментом и вокруг него следует создавать уплотненные
грунтовые зоны с объемным весом скелета грунта не менее 15,5
кН/мЗ, а в ряде случаев, когда этой меры недостаточно, в дно кот-
лована следует дополнительно втрамбовать гравий, щебень и дру-
гие жесткие материалы.
Фундаменты в вытрамбованных котлованах должны быть
монолитными и сборными. В первом случае котлованы следует
бетонировать враспор, а во втором случае их следует заглублять
в проектное положение путем забивки или вибрирования [13;
17]. Под отдельно стоящие колонны вытрамбованные котлованы
должны устраиваться отдельно стоящими, а под спаренные колон-
ны — спаренными. В местах пересечений капитальных стен зданий
и сооружений необходимо устраивать фундаменты в вытрамбован-
ных котлованах. В целях ограничения вертикальных и горизонталь-
ных перемещений грунтов при вытрамбовании котлованов мини-
мальное расстояние amjn между смежными котлованами ленточ-
ных прерывистых фундаментов поверху при последовательном
125
Рис. 5.7. Расчетная схема фун-
дамента в вытрамбованном
котловане
1 — фундамент; 2 — уплот-
ненная зона грунта основа-
ния
и через один фундамент вытрамбование следует соответственно
определять из условий:
amin ~ 0/81ср и amjn = 0,5Ьер, (5.24)
где *ЬСр — ширина (размер) сечения фундамента на глубине hK / 2; —
минимальное расстояние между смежными вытрамбованными котлова-
нами поверху (рис. 5.7).
Расстояние между осями смежных фундаментов в вытрамбо-
ванных котлованах с уширенным основанием должно быть не ме-
нее ЗЪСр. Глубины вытрамбованных котлованов следует определять
согласно указаниям [12] и из условия получения максимально
возможной толщины уплотненной грунтовой зоны в основании;
из этого условия минимальная глубина вытрамбованного котлова-
на определяется по формуле
^min = Ь2 ЬуПЛ (1 — уск) / 7СК упл, (5.25)
где 7СК — естественная средняя объемная масса скелета грунта основания;
7ск; упл “ средняя объемная масса скелета уплотненного грунта; h = 1,5,
Ъср' — максимальная толщина уплотненного слоя грунта под -котлованом.
Минимальная глубина вытрамбованного котлована с уширен-
ным основанием должна hmjn 2Ъср. Формы и размеры трамбо-
вок должны быть одинаковыми с формами и размерами проекти-
руемых фундаментов. Кроме того, в целях унификации размеров
трамбовок они должны проектироваться понизу размером от
0,3 до 1,6 м с шагом через 10 см. В зависимости от степени плот-
ности и влажности грунтов основания уклоны боковых поверх-
ностей трамбовок следует назначать в пределах от 1:15 до 1:3.
126
Вес трамбовки должен быть таким, чтобы удельное статическое
давление на грунт основания составляло 0,03—0,05 МПа, а высота
трамбовки должна быть на 10—20 см больше глубины вытрамбо-
ванного котлована. Оптимальную высоту падения трамровки,
зависящей от многих факторов, следует определять опытным пу-
тем, а число п необходимых ударов трамбовки должно определять-
ся из условия
n — hк / ?7 А,
(5.26)
где hK — проектная глубина котлована; 7) — коэффициент, учитывающий
влажностное состояние грунта, при влажности грунта меньше оптималь-
ной на 0,03—0,05; — принимается равной 0,7; А — средняя величина по-
нижения дна котлована на один удар трамбовки; для трамбовок с плоской
подошвой площадью F менее 1 м2 Д = 10 см, а при F = 1 — 2 м2 Д = 8 см
и при F>2 м2 Д = 6 см; для трамбовок с заостренным концом (опытный
коэффициент) А = 15 см.
Вытрамбование котлованов следует производить при оптималь-
ной влажности грунта, определяемой согласно [11]. При этом необ-
ходимое количество воды А, требуемое для получения оптималь-
ной влажности определяется по формуле:
А= 1,2hynn F [уск ( Wo-W) /7в,
(5.27)
где Ур = 1 — удельный вес воды; F — площадь проекции уплотненной грун-
товой зоны, равна вср х dynn (см. рис. 5.7) ; оптимальная и природная
влажность грунта; уск — средняя объемная масса скелета природного грун-
та основания; 5уПЛ — максимальная толщина уплотненного слоя грунта
под котлованом; приближенно ЬуПЛ = 1,5 Ьсо, а ширина этого слоя на глу-
бине (0,15—0,25) вср принимается ОуПЛ -2 £>Ср.
В сейсмических районах строительства проектирование и уст-
ройства фундаментов в вытрамбованных котлованах необходимо
производить с учетом требований СНиП П-7-81 [19].
Несущая способность грунта основания ленточных и пря-
моугольных фундаментов в вытрамбованных котлованах следует
определять по формуле
N < Ф / !<н,
(5.28)
где N — расчетная вертикальная нагрузка; кн — коэффициент надежности
равен 1,4; Ф — расчетная несущая способность грунта основания, опреде-
ляется согласно пп. 2.33—2.38 [14J.
Расчет деформаций фундаментов в вытрамбованных котлованах
должен производиться по формуле
^ос + ^пр ^пред.
(5.29)
где Soc — расчетная осадка, горизонтальное перемещение, угол поворота
фундамента, определяется согласно {З]; Snp — расчетная просадка просадоч-
ного грунта от собственной массы определяется согласно [12]; оПред ~
предельно допустимая деформация: осадка, горизонтальное перемещение,
угол поворота фундамента, определяется согласно [12].
127
Расчет фундаментов в вытрамбованных котлованах по первой
группе предельных состояний должен производиться на основное
и особое .сочетания нагрузок согласно СНиП П-6-74 "Нагрузки
и воздействия".
Реактивный отпор грунта q, возникающий в уплотненных стен-
ках вытрамбованных котлованов монолитных фундаментов, сле-
дует определять по формуле:
q = а -ь'Ь Р, (5.30)
где а = 0,6 МПа; Ъ ~ 0,4; Р — среднее давление в сечении фундамента на
глубине 0,5 hK (здесь hK — высота фундамента, заделанная в грунт).
За расчетное давление на основание фундамента в вытрамбован-
ном котловане следует принимать минимальное из сопротивлений:
расчетного сопротивления R-j уплотненного грунта, определяемого
по формуле (7) СНиП 2.02.01-83 с добавлением к ней в числителе
коэффициента кв = 1,3, учитывающего условие совместной работы
монолитного фундамента с уплотненным грунтом основания в
вытрамбованном котловане и расчетного сопротивления R2 уплот-
ненного грунта с учетом устранения просадочных свойств подсти-
лающего его слоя грунта; определяется по формуле
R2 = (k Pnp-Paz +«Рб) /“/ <5‘31>
где к — коэффициент, учитывающий повышение начального просадочного
давления за счет распространения уплотнения грунта за пределами уплотнен-
ной зоны; принимается равным 1,5 и 1,2 соответственно при определении
начального просадочного давления грунта по компрессионным и штамповым
испытаниям; Рпр — начальное просадочное давление подстилающего слоя
грунта основания. При наличии- непросадочного подстилающего слоя грунта
в формулу (5.31) вместо к Рпр подставляется расчетное сопротивление R-j
подстилающего слоя грунта; P^z — природное давление Р на кровле подсти-
лающего слоя; Pg — природное давление на уровне подошвы фундамента;
а — коэффициент уменьшения дополнительного давления по глубине; опре-
деляется по табл. 1 прил. 3 [12].
Максимальные расчетные сопротивления Rp 2 на основания в
вытрамбованных котлованах должны определяться из условий:
при ширине фундамента в среднем сечении Ъср < 0,8 м, R«|; 2 <
< 0,5 МПа, а при Ъср > 1,4 м, R1;2 < 0,6 МПа. Для промежуточных
значений Ъср = 0,8—1,4 м R-j. 2 следует вычислять по интерполяции.
Расчет' осадок фундаментов в вытрамбованных котлованах
следует производить согласно [12] по схеме двухслойного основа-
ния, состоящего из уплотненного грунта толщиной Ьупл = 1,5 ЪСп
и из подстилающего просадочного.грунта. Расчет краевых давлении
под подошвой фундаментов в вытрамбованных котлованах следует
производить по формуле
PmaA= (N+G) /F+ (2 М - 0,5 q t»cp h/) /W <1,2 R^. (5.32)
mtn. ' *
где N — равнодействующая вертикальных нагрузок; G — собственный вес
фундамента; F - площадь фундамента в среднем сечении на глубине 0,5 hK;
128
S М — суммарный момент всех сил относительно подошвы фундамента;
q — реактивный отпор грунта, определяется по формуле (5.30); ЬСр — ши-
рина фундамента в сечении на глубине 0,5 hK; пк — глубина вытрамбован-
ного котлована; W — момент сопротивления сечения фундамента н.а глуби-
не Ьср = 0,5 hK. R-|. 2 — расчетные сопротивления на основание, определяе-
мые соответственно' по формуле (7) [1б], умноженной согласно [14] на
коэффициент = 1,3, и по формуле (5.31).
5.6. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТОВ ПРЕРЫВИСТЫХ ФУНДАМЕНТОВ
РАЗЛИЧНЫМИ МЕТОДАМИ
Примеры расчета ленточного прерывистого фундамента по мето-
дике СНиП 2.02.01-83. Исходные данные. Длина эквивалентных
ленточных прерывистого и непрерывного фундаментов L = 58,3 м.
В качестве основания служат мелкие пески с расчетным углом
внутреннего трения = 30° и удельным сцеплением Сн = 0,
определенными при нормальном напряжении о = 0,35 МПа; коэф-
фициент пористости е = 0,65; средний объемный вес ун = 18 кН/
кН/мЗ; условное расчетное давление Ro = 0,4 МПа. Из условия иск-
лючения промерзания грунтов глубина заложения фундаментов
для г. Орджоникидзе составляет d-j = 0,8 м, а — достижении кровли
песчаных оснований d-j = 1,85 м. Сейсмичность района строительст-
ва — 6 баллов. Нормативная нагрузка NH = 140,4 кН/м2.
Используя приведенные данные, определим следующие показа-
тели :
предварительную ширину b ленточного фундамента со сплош-
ной подошвой по формуле (5.1)
b=NH / (Ro — уп d-,) -140,4/ (0,410-2,2-1,85) = 0,39 « 0,4 м,
где 7П 22 кН/м^ — средний объемный вес фундамента и грунта на его
уступах;
расчетное сопротивление основания по формуле (7) [16]
R = [м7 Ки в + Mq d-| 7п + (Mq — 1) dB 7^ +
+ МС Сп],
где по табл. 3 [16] принимаем 7С<| •= 1,3,7С2 = 1,2; Сп = 0;
по результатам непосредственных испытаний образцов грунта
к = 1; = 30°; по табл. 4 [16] М7 = 1,15; Mq = 7,95; da = 0;
кг=1,
1,3 х 1,1
R =------1----(1,15x0,4x18 + 7,95 х 1,85 х 18 + 7,95 х 0 -
-18 x 0) = 278,04 кН/м2;
1/45-361
129
окончательную ширину b при R= 278,04 кН/м2 = 0,278 МПа,
b = 140,4 / (278,04 - 22 х 1,85) = 0,59 м, примем b = 0,6 м.
Фактическое давление под подошвой ленточного фундамента
рассчитывается по формуле (5.2).
P = N/ (Fvycp d1) = 140,4/ (0,6 + 22 x 1,85) = 275 кН/м2 =
= 0,275 МПа.
и 0,278 — 0,275 _ 4П/
Недогрузка---------------- 100 = 1,1%, т.е. условие (5.2)
соблюдено. 0,278
Для песков средней плотности согласно 3.199 [12] максималь-
но допустимое значение коэффициента kd при е = 0,65 составит
кн = 1 + (0,75 - 0,65)----3--1----=1,20.
0,75 - 0,60
Суммарную площадь подошвы всех блоков-подушек прерывис-
того фундамента Fnp определим по формуле (5.4) :
Епр = F kd = 34,98 : 1,2 = 29,15 м2,
где F = L Ъ = 58,3 х 0,6 = 34,98 м2 — площадь ленточного фундамента со
сплошной подошвой.
При ширине блока-подушки прерывистого фундамента f>np =
= b = 0,6 м и длине О = 0,58 м площадь одного блока-подушки
составит fnp = tg Vp = 0,58 х 0,6 = 0,34 м2;
Необходимое число блоков-подушек п можно определить по
формуле (5.5) .
n " Fnp /fnp + Д п = 29,15 / 0,34 + 0,24 « 84.
Фактическое значение коэффициента kd, определенное по фор-
муле (5.6), соответствует расчетному
kd = F/n fnp/ (n- 1) =34,98/ (84x0,34) 1,19; kd = 1,20.
Расчетное состояние С = Ск между блоками-подушками по (5.7) *
Ск= (L - п(Б) = (5830-84x58) / (84 - 1)^ 11,54 см.
Давление под подошвой блока-подушки Рпр.Бл по (5.8)
Рпр.Бл = Р = 1,19x0,275 = 0,33 МПа. -
В данном примере определение давления Рпр под всей подош-
вой прерывистого фундамента Fnp по формуле (5.12) не требует-
ся, потому что Рпр = Р при bnp = Ь или Fnp = F.
Пользуясь полученными результатами, вычислим также сле-
дующие важные технико-экономические показатели совместной
работы оснований с прерывистыми фундаментами:
при di = 1, V = F = 35 м3
при di =1, Vnp = Fnp =29,1 м3
отношение Ск /ь пр = 11,54 / 60 = 0,19
отношение Fnp / F = 29,15 / 34,98 = 0,83
отношение F / Fnp = 35 / 29,1 = 1,20.
Для того, чтобы выявить влияние расчетного показателя угла
внутреннего трения <рГ| на важнейшие показатели совместной рабо-
ты оснований с прерывистыми фундаментами, повторим все расче-
ты по методике СНиП 2.02.01-83 при равном 15 и 45° и сохра-
нении остальных исходных данных без изменения.
Расчеты при = 15°.
1. R = ------ (0,39 х 0,4 х 18 + 2,58 х 1,85 х 18) =
1
= 1,43 (2,88 + 8,65) = 165 кН/м2 = 0,165 МПа,
где согласно [16] М* = 0,39; Мд = 2,58.
2. Ьпр = Ь = 140,4 / (165 - 22 х 1,85) = 1,13 м; примем) 1,1 м.
3. Р = N" / F + yCD di = 140,4 I (1,1 + 22 х 1,85) = 167 кН/м2 =
= 0,167 МПа.
4. F = 58,3 х 1,1 =64,13 м2.
5. Kd = 1,2.
6. Fnp = 64,13 /1,2 =53,4 м2.
7. fe„ =lflbnD = 1,18x1,1 =1,3 м2.
8. n = 5,3/ (1,3 + 0,6) =42.
9. <4 =64,13/ (42x1,3) =1,174< kd = 1,2.
10. CK- (58,30 — 42x 1,18) / (42-1) =21,31 cm.
11-Рпр вл = 1-174x 0,165 = 0,194 МПа.
12. Ск :ьпр=21,31 /110 = 0,193.
13. Fnp / F = 53,4 / 64,13 = 0,83.
Расчет при tpn = 45°.
1. По формуле (7) [16] при коэффициентах Мд = 3,66 и Мд = 15,64;
R «------3,66 х 0,4 х 18 + 15,64 х 1,85 х 18 =
= 1,43 (26,35 + 52,08) = 1,43 х 78,43 = 112,15 тс/м2 = 11,21
кгс/см2 = 1,12 МПа.
2. Ьр - Ь = 140,4 / (1Т21,5 — 22 х 1,85) = 0,13 м; принимаем Ьп =
= Ь = 0.15 м. и
3. Р = NH //F + уср h) = 140,4 / (0,15 + 22 х 1,85) = 976,7 кН/м2 =
= 0,977 МПа.
4. F= 58,3x0,15 =8,75 м2.
5. kd-1,2.
6. Fnp= 8,75 /1,2 =7,3 м2.
7. F6n = 0,15 x 0,15 = 0,023 м2.
8. n = 7,3 / (0,0023 + 0,6) =318.
5-361
131
9. kd= 8,75/ (318 x0,023) = 1,97 4kd=1,2.
10. CK = (58,30-318 x0,15) / (318 - 1) = 0,033 м или 3,3 cm.
11. Pnp вл = 1,197 x 1,12 = 1,34 МПа.
12. Ск/Ьпр = 3,3 / 15 = 0,22.
13. Fnp :F = 7,3/8,75 = 0,83.
Примеры расчета прерывистого фундамента с учетом возникно-
вения арочного эффекта в основаниях. Для удобства анализа важ-
нейших технико-экономических показателей совместной работы
прерывистых фундаментов с грунтовыми основаниями, получен-
ными разными расчетными способами, по-прежнему, воспользуем-
ся исходными данными, принятыми при расчете прерывистых фун-
даментов по методике СНиП 2.02.8183 [16].
Расчетное сопротивление грунта основания R, размеры (шири-
ны) эквивалентных ленточных непрерывных и прерывистых фунда-
ментов соответственно b и Ьпр, а также фактические давления Р<
< R под подошвой ленточных непрерывных фундаментов примем
такими же, какими они получились в предыдущем расчете при уг-
лах внутренних трений = 15; 30; 40°.
Расчет при = 30°.
Исходные данные: R = 0,278 МПа; b =Ьпр = 0,60 м; I = 0,58 м;
Р = 0,275 МПа. *
Пользуясь исходными данными, определим:
1. Расчетное расстояние С между блоками-подушками прерывис-
того фундамента по формуле (5.14)
С
С =Ьр [8 (tg (^ +-----) tg (45°----- ) ] / [ 2 - (tg +
+ —--- ) tg (45°------]2;
о 2
при cS| = 0
С = 58 [8 tg 30° tg (45° - I ] / [2 — tg 30° tg (45° -
_3°°)]2 =55, 7 см.
2
2. Вы полним первую корректировку полученного С = 55,7 см
согласно 5.3. Для этого из центров О и О-| условных квадратных
блоков-подушек, abed и а-j Ъ-| c-j d-j со сторонами, равными мень-
шим размерам прямоугольных или сторонами квадратных блоков-
подушек V = 58 см опишем окружность радиусом гс = ( С +
+ Ър) = 56 см так, чтобы эти окружности имели общую точку
касания (рис. 5.8); одну из этих окружностей, например, с цент-
ром в точке О сместим до точки СЙ так, чтобы расстояние а1 в1
стало равным стороне прямоугольного блока-подушки а Ъ =
= в-j с<| и найдем, из масштабного рисунка 5.4 первое скорректи-
132
b.
a,
= 38см
Iff = 58 CM
d
C-55,7CM
17,7см lg=58CM
Рис. 5.8. Графическая корректировка расстояния С между блоками-подуш-
ками ленточного прерывистого фундамента при QJr=30° и ^ = 58 см
рованное расстояние С' между блоками-подушками как разность
С-ОО'= 55,7 - 17,7 = 38 см.
3. Для- обеспечения точной раскладки блоков-подушек преры-
вистого фундамента длиной L = 5830 см выполним вторую коррек-
тировку. Для этого по формулам (5.15 — 5.22) найдем:
1. Число блоков-подушек прерывистого фундамента
L+C* 5830 + 38 5868 _R11
п-------— =------------------=—СНГ" "61Л
58 + 38
Принимаем 62 блока-подушки.
2. Скорректированную длину фундамента!*
t = n (i +с') - С = 62 (58 + 38) -38 = 5914 см.
п " Б
3. Величину неувязки Ih между L и1к
1н = V - L = 5914 - 5830 = 84 см.
4. Число пс промежутков между блоками-подушками
п с = п -1 = 62 — 1 = 61.
5. Величину Сд уменьшения расчетного промежутка С между
блоками-подушками^ полученного по (5.14)
=!н / пс = 84 / 61 = 1,377 см 1,4 см.
6. Скорректированное расстояние Ск между блоками-подушка-
ми Ск = С Сп = 38 — 1,4 = 36,6 см.
Кд ' '
133
a — план; б — продольный разрез 1 — 1
Затем проверим L по формуле:
’L = п 1Б+ пс Ск = 62 х 58 + 61 х 36,6 = 3596 + 2233 = 5830 «
« 5829 см.
План и разрез рассчитанного' прерывистого фундамента показа-
ны на рис. 5.9.
Далее определим важнейшие показатели прерывистого и исход-
ного непрерывного фундаментов:
отношение Ск /Ър = 36,6 / 58 = 0,63;
площадь Fnp ленточного прерывистого фундамента Fnp = п Ъпрх
62 х 0,6 х 0,58 = 21,58 м^;
площадь Fn ленточного прерывистого фундамента Fn = Ър L =
= 0,6 х 58,30 = 34,98 м2;
отношение Fnp / F ; 21,58 / 34,984= 0,62.
Расчет при ^IS = 15°.
Исходные данные: R = 0,165 МПа; Ъ = Ъпр = 1,1 м; lg = 1,18 м;
/бл = 1 м2*
P = NH (F +уср сЦ) = 140,4/1,1 + 22 х 1,85 = 167 кН/м2 =
= 0,167 МПа.
Пользуясь исходными данными, определим:
с - „О 0.^X0.7573
[ 2 - tg 15° tg (45° - -J5° ] 2 2 - 0,2679 x 0,7673
=56,1 см.
134
Рис. 5.10. Графическая корректировка расстояния С
между блоками-подушками ленточного прерывистого
фундамента при У=15° и Ьп=110 см
2. Осуществим первую корректировку расчетного расстояния
С = 56,1 см согласно условиям 5;3 и масштабного рисунка 5.10
получим значение С<= С—00^56,1 - 34 = 22,1 см.
3. Для обеспечения точной раскладки блоков-подушек по длине
фундамента L = 5830 см (при известном значении величины С')
по формулам (5.15—5.23) произведем расчет:
1. n = = 4i 811 принимаем n = 42.
118 + 22,1
2. LK =42 (118 + 22,1) =22,1 =5862,1 см.
3. IK = 5862,1 - 5830 = 32,1 см.
4. пс = 42 - 1 = 41.
5. Сд =32,1 : 41 =0,78 см.
6. Ск = 22,1 -0,78 = 21,32 см.
Затем проверим L по формуле:
L = n %+псСк =42x118 + 41 х 21,32 = 5830 см.
Далее определим показатели прерывистого.и непрерывистого
фундаментов:
Ск /впр =21,32/110 = 0,19;
^прЬпр lg = 42 х 1,10 х 1,18 = 54,51 м2;
Е=Ъ L = 1,1 х 58,3 = 64,13 м;
Fnp / F =54,51 /64,13 = 0,85;
135
Рис. 5.11. Графическая корректировка расстояния С
между блоками-подушками ленточного прерывисто-
го фундамента при ^=45° и =15 см
Pnp.6n=HF) Fnp = 0,165х (64,13/54,51) =0,165х 1,18 —
=0,19 МПа.
Расчет при = 45°.
Исходные данные: R = 1,12 МПа; Ьпо = Ь = 0,15 м; L = 0,15 м-
ffrn = 0,023 м*; р 6
P = NHrF + 7cpd1 = 140,4 : 0,15+ 22x 1,85= 976,7 кН/м2 =
= 0,977 МПа.
Пользуясь данными, определим:
8tg45° (tg45°--44- ) 8x0,4142
С=15-------------------------------=15---------------=
[2 - tg 45° tg (45° - -y°) ] 2 (2 “ °'4142)
= 19,7 cm.
Выполним первую корректировку расчетного расстояния С
согласно п. 5.3. Из. рис. 5.11 при гс = 0,5 (Ьлр + С) = 17,35 см
определим
С = С - 00" = 19,7 - 3,3 = 16,4 см.
Для обеспечения точной раскладки блоков-подушек прерывис-
того фундамента длиной t = 5830 см при С = 16,4 см приведем
расчеты:
1 w n = _ = 186,19, принимаем 187.
15 + 16,4
136
2 . LK = 187 (15 + 16,4) - 16,4 = 5855,4 см.
3 .1к = 5855,4 - 5830 = 25,4 см.
4. nc = 187 — 1 = 186.
5. C„= 25,4 : 186 = 0,136 см.
6. Ск = 16,4 - 0,13 = 16,27 см.
Затем проверим L по формуле:
L = n Ъпр+пс Ск = 187 x 15+ 186x 16,27 =5831 «5830 см.
Далее определим важнейшие показатели прерывистого и исход-
ного непрерывного фундамента:
CK/hnp = 16,27/15 = 1,08;
Fno = n Ьпо 16 = 187х0,15х0,15=4,21 м2;
F = L b = 58,30 х 0,15 = 8,74 м2;
Fnp/F=4,21 /8,74 = 0,48.
Рпр.Б = Р <Е/РПр) = 8,74 / 4,21 = 2,07 х 0,98 = 2,03 МПа.
Пример расчета прерывисто-шпального фундамента по методике
ОЖМ
Исходные данные. Площадь исходного ленточного фундамента
со сплошной подошвой примем Рф = ОД м2 с шириной b = ОД м.
Этот фундамент заменим ленточным прерывисто-шпальным фунда-
ментом, состоящим из 3-х шпал шириной Ьш = 0,2 м и промежутка-
ми между ними Ъп = 0,13 м. Тогда контурная площадь этого фунда-
мента FK = 3 Ъш +ЪП = 0,86 м2. Основанием этих фундаментов
служит песчаный грунт с эффективными давлениями под шпала-
ми Рш = 0,30 МПа и подконтурной площадью Рк = 0,15 МПа, а так-
же со средними модулем деформации Ео = 8,0 МПа и объемным ве-
сом скелета песка уск = 16,5 кН/мЗ.
Пользуясь исходными данными по формуле (5.4), определим
расчетную осадку ленточного прерывисто-шпального фундамен-
та. Для этого на геологическом разрезе строительной площадки
построим расчетные схемы принятых фундаментов и их оснований
(см. рис. 5.4).
Затем вычислим все расчетные величины формулы (5.23) и
сведем их в табл. 5.2. Используя табл. 5.1 и графики зависимости
ЕГр = / ГЕо ); на = f / b ш (см. рис. 5.5) и На = f л/РцГ (см- Рис-
5.6).
Определим искомую осадку ленточного прерывисто-шпально-
го фундамента по формуле (5.23);
8= [0,50 (0,30 + 0,15) 22,50] / 3+ (0,50*0,15’76,50) / 3 = 3,58 см.
Примеры расчета ленточного прерывистого фундамента в вы-
трамбованном котловане (рис. 5.12).
Исходные данные. Примем такими же, как и для ленточного
прерывистого фундамента, с добавлением к ним следующих дан-
ных: Е М = 831,4 кН • м; Q = 0, глубина котлована hK = сЦ =
137
138
Таблица 5.2. Расчетные показатели, необходимые для определения осадки
ленточного прерывисто-шпального фундамента по формуле (5.23) .
Площади подошв, м* Расчетные размеры, см Давление, Р, МПа Глубина зоны деформации, На, см Расчетная глубина зоны деформации, Hgp, СМ Среднее давление, Pep, МПа Модуль деформа- ции, Enp=f <Ео>*- МПа
Шпального Ширины фундамента шпалы 1=ш=0,4 Ъш=20 Под подошвой Рш=0,3 Под шпалами Н§*=45 (по рис. 5.5, 6) ^ар = Чд (1 РК/Рцр = 45 (1 -0,15/0,3) = = 22,5 Tjf ' рср ’ (Рщ / Рк> / 2~ = (0,3/0,15) / 2 = = 0,22 3,0 (по рис. 5.5, а)
Преры- -\/Ек=0£6 = ви сто- = 0,93 шпального фундамента по контуру Fk=0,86 Под. контурной площадью фун- дамента Рк = 0,15 Под контур- ной площадью фундамента Н^ = 76,5 (по рис. 5.6, а) Нар = На-НаР = 76,5- -22,5=54 РСр = 0,5Рк=0,5х *0,15 =0,07 3,0 (по рис. 5.5, а)
* Ео — средний модуль деформации грунта основания.
Рис. 5.12. Расчетная схема ленточного прерывистого фундамента в вытрам-
бованном котловане'
1 — фундаментный блок; 2 — уплотненная грунтовая зона; Д и — дли-
на и высота фундамента;dyMu ЬуПЛ - диаметр и высота уплотненной грунто-
вой зоны; и средняя, максимальная и минимальная ширины
фундаментного блока; dmi'n — минимальное расстояние (промежуток)
между смежными вытрамбованными котлованами поверху; ^ 'и & — вер-
тикальные и горизонтальные реакции уплотненного грунта под подошвой
и за стенками вытрамбованного котлована; Р^р ~ фактическое давление
на уровне средней ширины фундаментного олока; М и — соответст-
венно нормативная нагрузка на средний фундаментный блок и его собст-
венный вес
= 1,85 м; угол наклона боковых граней фундаментного блока a =
= 8° и объемная масса скелета уплотненного грунта 7 ск упл =
= 20кН/мЗ.
Расчет при ф = 30°.
Все расчеты будем производить относительно центрально-нагру-
женного среднего фундаментного блока, находящегося в вытрам-
бованном котловане, следующим образом:
1. Площадь подошвы F среднего фундаментного блока определим
по формуле (5.1)
F = NH / (R - 7П hK) = 140,4 / (40,00 - 2,2 '1,85) = 0,39 м2-
примем F =0,4 м2, а размеры поперечного сечения этого фунда-
ментного блока, по рис. 5.12 примем равными: поверху, в середине
и понизу (см. рис. 5.12) :
поверху Ъ max Ьтах = 0,9 х 0,9 м;
в серединеЪСр Ъср “ 0.64 х 0,64 м;
понизу bmin E>min = 0,51 х 0,51 м.
2. Расчетное сопротивление уплотненного грунта по формуле (7)
СНиП 2.02.01-83 с добавлением к ней в числителе коэффициента
kb = 1,3, учитывающего совместную работу монолитного фунда-
139
мента с уплотненным грунтом за боковыми стенками вытрамбо-
ванного котлована.
R1 = kt 7с1 7с2 / к [Мд 8 7п + Мд d-| у,', +
+ (Мд- 1) dBT„ +Мс CJ,
где Мл= 1,15; Мд= 5,59 приняты по табл. 3 из работы [16], к = 1; d* =
= 0;СД=°; кЬ=1.
R, = _1’3 LLL’Ic?----0,64-1,85 + 5,59 -1,85 - 2> = 40,6 тс/м2 =
= 0,406 МПа.
•3. Рачетное сопротивление R2 уплотненного грунта из условия
отсутствия просадки грунта подстилающего слоя по формуле
(5.31)
R2 = (к Рпр + /« = (62,5-5,25 + 0,18-3,32) /0,18 =
= 314,4 тс/м2 = 3,14 МПа, .
где 1с*РПр = R-| (при h= 2,81);
r1 = ----(1,15-0,64*1,85 + 5,59-2,81 -2) =
1
= 1,86 -33,50 = 62,5 тс/м2 ~ 0,625 МПа;
%£ = Ун (h + hynn) = 7н (Ь + 1,5Ъср) =
= 1,80 (1,85 + 1,5*0,64) = 5,25 тс/м2« 0,05 МПа.
m = 2 Иупл :>ср= (2-0,96) /0,64 = 3; а = 0,18;
Рб = Ун h = 1,8 И ,85 = 3,32 тс/м2 « 0,03 МПа.
Примем величину R2 = 0,4 МПа (приЪср = 0,64 м).
Согласно [14] из полученных значений R-j и R2 за расчетное
сопротивление на основания в вытрамбованном котловане примем
Р2=0,4МПа.
4. Расчетный собственный вес фундамента определим по формуле
G = Ъср hK Гр = 0,64 *0,64 -1,85 '2,40 = 1,82 тс.
5. Фактическое давление в среднем сечении фундамента найдем
по формуле
Р = (N + Gr> /ЪсР = (14,04 + 1,82) / 0,4 = 39,7 тс/М2 = 0,4 МПа.
140
6. Расчетный момент сопротивления для среднего сечения блока
фундамента определим из выражения
w =15^/6 = 0,643/6 = 0,263 м3.
7. Расчетный реактивный отпор q грунта найдем по формуле (5.30)
о] ™ а +Ъ р = 60 + ОД -40 = 76 тс/м2 = 0,76 МПа;
8. Краевые давления в расчетном сечении определим по формуле
(5.32)
Ртах = (N + G) / F ± (S М — 0,5 qcp h^) /w<1,2 R1>2 =
min
=* (14,04+ 1,82) /0,4041(83,14 — 0,5 76,00 0,64 1,85 ) /0,263 =
= 39,70*5,34;
Ртах = 45,04 < 1,2 R2 = 1,2-40 = 48 tc/m2 = 0,48 МПа,
т.е. условие (5.32) соблюдается Pmjn = 0,3436 МПа.
9. По всей длине фундамента L = 58,3 м произведем раскладку
фундаментных блоков согласно п. 5.3 при последовательном выт-
рамбовании и бетонировании котлованов из условия (5.24)
amin = 0,8*bj;p 0,8*0,64 = 0,51 м.
Для этого определим число пб фундаментных блоков и про-
межутков dmjn между ними из условия
L = пб вта_х + (ng —1) amjn / откуда
= L +amin_______________ 58.3 + 0.512__= ____=
6 t +а . 0,9 + 0,512 1,412
°? + a mm
= 41,65, примем ng = 42 шт.
Величину разности tH между увеличенной величиной ty и дейст-
вительной Ьс длинами фундамента определим из условия
tH = bpnax + (пб — 1) dmin 0£= 42*0,90 +
+ (42 - 1) 0,512 -58,3 = 0,49 м,
Величину уменьшения 1у размера amjn определим из выраже-
ния
ty = tH/ (пб — 1) =49/41 =1,2 см,
тогда окончательный размер amjn = 51,2 - 1,2 = 50 см.
6-361
141
10. В заключение проверим соблюдение контрольного условия
L = ng bmax + (ng — 1) атjn = 42*0,9 + 41 *0,5;
58,3 = 58,3.
11. Используя полученные расчетные данные, определим следую-
щие основные технико-экономические показатели фундамента:
11.1. • ^max ~ 0,51 / 0,9 = 0,56 и а^р /*Ьср = 0,77 / 0,64 ~
= 1,2,
где при Щ = 8° и =0,14;
аср ср = + *9 = 0^1 + 1,85 * 0,14 = 0,77
11.2. Средняя площадь F пр ленточного прерывистого фундамента
на уровне bcp Fnp = пб * Ьср = 42' 0,64 - 28ДШ ьА
11.3. Средняя площадь Рл ленточного непрерывного фундамента
на vpoBHe 1bcp Fn = L * Ъср = 58,3 0,64 = 37,10 м2,
11.4. rnp / F5> = 26,90/37,10 = 0,72.
Для гсч - чтсЛтл показать влияние изменения расчетного угла
' .утг трения на выбор фундаментов, повторим все расче-
ты лги равном 15 и 45°.
ЛД1/фн = 150.
: • < - i J 1,1 «1,3 (0,39 • 0,64'1,85 + 2,58-1,85-2) = 18,9тс/м2 =
= Г',МПа, где Мд = 0,39; Мд = 2,58 приняты по табл. 3 из рабо-
ты И6].
2. R2 =• (к- Рпр - PCTZ + а-Рб) / а = (27,8 - 5,25 + 0,18 -3,32) /
/ Г',!'? = 12,2 тс/м2 = 0,122 МПа, где к Pnp = R, (при h - 2,81 м);
R, =-----— (0,39-0,64’1,85 + 2,58-2,81*2) =
1
= 27,80 тс/м2 = 0,278 МПа.
3. F = / (R, - у„ h) =14,04/(18,9—2,2-1,85) = 0,96 м2.
4. Ьср = ч/F = VW’ = 0,98 м.
5. Проверка: Р = (NH + G) /Ъср « (14.04 + 4,26) / 0.982 = 0,153
« 0,189 МПа, где G = Ъ' hK уб = 0,98*-1,85-2,4 = 42,6 кН
6. amjn = 0,8-ЬСр = 0,8'0,98 = 0,76 м.
7- аср = amin + h-tg = 0,78 + 1,85-0,14 = 0,73 + 0,26 = 104 см,
где а1 = 8°: tg «0,14.
8. аср /Ърр* 1,04 / 0,98 = 1,07.
9. F„ = L Ьср = 58,30-0,98 = 57 м2.
142
10. Fnp = пб Ъср = 30 0,98 = 29,4 М2, где пб = (L + amin) I
/(bmax + amin) = (58,30 + 0,78) / (1,24 + 0,78) =30 шт.
Ътах = ЬСр + h tg = 0,98 + 1,85<14 = 0,98 + 25,9 = 1,24 м.
11- Fnp / гл = 29,4 / 57 = 0,516
Расчет при = 45° .
1 .Щ = 1,3*1,1*1,3 (3,66 <64 *1,85 + 15,64И,85*2) =
= 115,3тс/м2 = 1,15 МПа, где М« = 3,66; М = 15,64 приняты по
табл. 3, приведенной в работе [Тб] * Г
2 r = (ПО - 5,25 + 0,18*3,32) / 0,18 = 164,75 / 0,18 = 9,15 МПа,
гдек*Рпр = П1 (приЬср =2,81 м), =1,3*1,Т-1,3 (3,66<64*
К1,85 + 15,64*2,81 = 170 тс/м2 = 1J МПа, но в соответствии
с [14] пример = 0,64 м примем Ri • 2 = 0,4 МПа.,-
3 . F = 14,04/ (40 — 2,20*1,85) = 14,04 / 35,94 = 0,39 « 0,40 м.
4 .>ср = \/”(М = 0,64 м, т.е. расчетные средние ширины Ь^р фунда-
ментного блока при <^п, равном 30—45°, одинаковы. Это объясняет-
ся тем, что в Руководстве [11] ограничивается расчетное сопротив-
ление уплотненного грунта основания в вытрамбованном котлова-
не условием R1 2 0,5—0,65 МПа и поэтому все остальные расчет-
ные величины совместной работы грунта основания с фундаментом
в вытрамбованном котловане при (рп, равном 30—45°, получаются
совершенно одинаковыми.
5.7. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ РАСЧЕТНЫХ
ПОКАЗАТЕЛЕЙ СОВМЕСТНОЙ РАБОТЫ ЛЕНТОЧНЫХ
НЕПРЕРЫВНЫХ И ПРЕРЫВИСТЫХ ФУНДАМЕНТОВ
С ГРУНТАМИ ОСНОВАНИЯ
Для технико-экономического анализа важнейших показателей
совместной работы ленточных непрерывных и прерывистых фунда-
ментов с грунтами основания, пользуясь примерами расчетов, при-
веденных в предыдущем разделе, составим табл. 5.3. Анализ приве-
денных в таблице данных свидетельствует, что расчетные расстоя-
ния Ск между блоками-подушками прерывистых фундаментов,
определенные по методике СНиП 2.02.01-83, и с учетом арочного
эффекта, качественно и количественно отличаются друг от друга.
В частности, расчет этого размера, являющегося основным резуль-
татом совместной работы прерывистого фундамента с грунтом ос-
нования, по методике СНиП 2.02.01-83 не достаточно учитывает
прочностные показатели грунта основания (угла внутреннего
трения и удельного сцепления). Поэтому с использованием теории
арочного эффекта, учитывающей прочностные характеристики
грунта основания, были разработаны новые, более экономичные
конструкции прерывистых фундаментов и фундаментных блоков-
подушек. В этом случае расчетное расстояние Ск между блоками-
подушками прерывистых фундаментов почти в 3 раза больше,
чем полученные при расчете по методике СНиП 2.02-83. Отноше-
ние Ск /ЪПр, выражающее основное содержание совместной рабо-
143
144
Таблица 5.3. Основные расчетные показатели ленточных непрерывных и прерывистых фундаментов,
полученные различными расчетными способами
Пока- затели Ленточный непре- вистый фундамент (А) Ленточный прерывистый фундамент Б/А В/А В/Б
По СНиП 2.02.01-83 (Б) С учетом арочного эф- фекта (В)
Угол внутреннего трения Угол внутреннего тре- ния Угол внутреннего трения Угол внутреннего трения
15 30 45 15 30 45 15 30 45 15 30 45 15 30 45 15 30 45
1?см 5830 5830 5830 5830 5830 5830 5830 5830 5830 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Ъ, см 110 60 15 . 110 60 15 110 60 15 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Vм — — — 110 60 15 110 60 15 — __ — — __ 1 1 1
Cio см — — 21,3 11,54 3,3 21,3 36,6 16,3 — — 1 3,17 4,94
м2 64,1 35 8,75 64,1 35 8,75 64,1 35 8,74 1 1 1 1 1 1 1 1 1
л***2 — — — 53,4 29,15 7,3 54,5 21,6 4,24 — __ — __ — — 1,02 0,75 0,58
— — 0,19 0,19 0,20 0,19 0,63 1,08 ___ — __ 1 3,32 5,4
F/Ffrf — — — 1,20 1,20 1,20 1,18 1,62 2,07 — — — 0,98 1,35 1,73
Fnp/F — __ 0,83 0,83 0,83 0,85 0,62 0,48 — — 1,02 0,75 0,58
R, МПа 0,165 0,28 1,12 0,165 0,28 1,12 0,165 0,28 1,12 1 1 1 1 1 1 1 1 1
К — — — 1,20 1,20 1,20 — — __ __ __ __ . __
Р, МПа 0,167 0,28 0,98 0,167 0,275 0,98 0,167 0,275 0,98 1 1 1 1 1 1 1 1 1
%.^МПа- — — 0,193 0,33 1,34 0,190 0,45 2,03 — — — — 1 1,36 1,51
— — — 1,16 1,18 1,37 1,14 1,61 2,07 « — — — — — 1 1,36 1,51
ты прерывистых фундаментов с грунтами основания и их преиму-
щества по сравнению с фундаментами с непрерывной подошвой,
при расчете по методике СНиП 2.02.01-83 не превышает 0,20, а
при расчете с учетом арочного эффекта это отношение изменяет-
ся в пределах 0,19-1,08 для грунтов основания с = 15-45°.
Отношение Fnp / F при расчете по методике СНиП 2.02.01-83
весьма значительно и достигает порядка 0,83, а при расчете с уче-
том арочного эффекта оно изменяется в пределах от 0,85 до 0,48;
для грунтов основания с = 15—45°, в среднем составляет
0,65. Коэффициент к^, используемый при расчете Ск по методике
СНиП 2.02.01-83 условен и не имеет математической связи с углом
внутреннего трения и удельным сцеплением грунта основания. При-
менение ленточных -полностью прерывистых фундаментов, рассчи-
танных с учетом арочного эффекта, взамен эквивалентных непре-
рывных фундаментов на грунтах основаниях с у? = 15 — 45° позво-
ляет снизить материалоемкость и стоимость фундаментов до 52%,
а применение частично прерывистых фундаментов, рассчитанных
по методике СНиП 2.02.01-83, взамен эквивалентных непрерыв-
ных фундаментов, позволяет снизить материалоемкость и стои-
мость фундаментов лишь до 10-30%.
6. ОПЫТ СТРОИТЕЛЬСТВА ПРЕРЫВИСТЫХ ФУНДАМЕНТОВ
6.1. ОПЫТ СТРОИТЕЛЬСТВА ПРЕРЫВИСТЫХ ФУНДАМЕНТОВ
ПО МЕТОДИКЕ СНиП 2.02.01-83
Опытное строительство прерывистых фундаментов многоэтаж-
ных жилых домов в 1954—1956 гг. в Москве осуществляли трест
№ 28 Министерства транспортного строительства СССР и Главмос-
строй. В эти годы запроектировано и построено более 50 жилых до-
мов на частично прерывистых фундаментах.
Московский опыт проектирования строительства прерывистых
фундаментов в последующем распространении на другие города
СССР. Так, например, Ленпроект в 1957 г. запроектировал прет
рывистые фундаменты на просадочных грунтах 1 типа под пяти-
этажными жилыми домами в Ленинграде. Прерывистые фунда-
менты построены также в Киеве, Уфе, Одессе и в других городах.
Большое значение для практики проектирования и строительст-
ва прерывистых фундаментов сыграли "Указания по проектирова-
нию сборных прерывистых фундаментов", вышедшие в свет в
1958 г. Благодаря этому появились типовые проекты зданий с час-
тично прерывистыми фундаментами.
В практике проектирования и строительства накоплен некото-
рый опыт устройства прерывистых фундаментов под колонны
промышленных и гражданских зданий (см. рис. 1.2 и рис. 1.5, в).
Эти фундаменты были заложены в проект УралэнергоМеталлург-
промаи построены под зданием котельной Чебаркульского метал-
лургического комбината.
145
Прерывистые фундаменты получили также применение при
строительстве подпорных стенок [25]. К классу прерывистых фун-
даментов следует отнести шпалы железнодорожных и подкрановых
путей, которые имеют весьма широкое применение в транспорт-
ном, промышленном и гражданском строительствах.
Развитие проектирования и строительства новых прогрессивных
конструкций, в том числе и прерывистых фундаментов, обеспечи-
ли выход в свет новых нормативных документов по проектирова-
нию оснований сооружений: СНиП П-15-74; СНиП 2.02.01-83 и
"Руководство по проектированию оснований зданий и сооруже-
ний". В этих законодательных документах нашли отражение новые
достижения теории и практики фундаментостроения, в том числе
учет арочного эффекта при строительстве прерывистых фундамен-
тов. Это позволило повысить экономическую эффективность
строительства фундаментов до 30%. Еще большую экономическую
эффективность можно получить за счет строительства полностью
прерывистых фундаментов (см. рис. 1.1, б).
6.2. ОПЫТ СТРОИТЕЛЬСТВА ПРЕРЫВИСТЫХ ФУНДАМЕНТОВ
С УЧЕТОМ АРОЧНОГО ЭФФЕКТА
Полностью прерывистые фундаменты (см. рис. 1.1, б) взамен
непрерывных впервые были применены в 1968—1970 гг. при со-
оружении нескольких жилых зданий в г. Орджоникидзе и комплек-
са зданий школы на 30 классов в г. Моздоке Северо-Осетинской
АССР.
Проекты этих фундаментов от частично прерывистых (см. рис.
1.1, а) отличаются не только конструктивными особенностями, но
и принципами расчета. В частности, расчет производится не с уче-
том 20% превышения расчетного сопротивления грунта, а. с учетом
арочного эффекта и сопротивления грунта сдвигу, т.е. с учетом
действительной совместной работы, прерывистых фундаментов с
грунтовыми основаниями.
В конструктивном отношении полностью прерывистые фунда-
менты от частично прерывистых отличаются прерывистым
устройством стеновых блоков, обвязанных армированными пояса-
ми на отметке, находящейся на 20—30 см ниже планировочной (см.
рис. 1.1, б) .
В качестве оснований этих фундаментов в г. Орджоникидзе слу-
жили гравелистые грунты с у = 43° и R = 0,4 МПа. Расчетная ширина
проектируемых полностью прерывистых фундаментов принималась
равной ширине эквивалентных непрерывных фундаментов. Этот
размер в наиболее нагруженных поперечных осях 60-и 105-
квартирных жилых домах по расчетам соответственно составлял
140 и 120 см (при длине блоков-подушек 118 см), а расчетное рас-
стояние между блоками-подушками — 109 и 93 см.
По методике же //Указаний,/ расчетная ширина прерывистых
фундаментов в этих же осях зданий должна была равняться 160 и
146
140 см, а расчетное расстояние между блоками-подушками лишь
40 и 35 см, т.е. меньше в 3,6 и 2,6 раза.
Опытное строительство прерывистых фундаментов в г. Орджо-
никидзе вели СУ-129 треста "Орджтрансстроя" и ССУ-6 треста
"Севоспромстроя", а в г. Моздоке — ПМК-100 треста "Севоссель-
строя".
Инструментальные наблюдения за осадками прерывистых фунда-
ментов . 60-квартирного дома в четвертом микрорайоне города
Орджоникидзе вело СУ-129. В результате было установлено, что
осадки фундаментов завершились одновременно с окончанием
основных строительно-монтажных работ во всех 19-ти нивелиро-
вочных точках и по величине составили менее 3 мм.
Замена проектных непрерывных ленточных фундаментов на
полностью прерывистые только на этом 60-квартирном доме
позволила сократить расход фундаментных материалов на 40% и
снизить стоимость строительства фундаментов на 4,8 тыс. руб.
[25].
Кроме того, применение ленточных полностью прерывистых
фундаментов с фундаментными стенами квадратной формы в пла-
не позволило достичь ряд других важных технико-экономических
показателей, и в том числе изменения напряженно-деформативно-
го состояния грунтовых оснований и фундаментов из плоского
в пространственное, полное использование расчетного сопротивле-
ния грунта основания и прочностных свойств фундаментных мате-
риалов, а также и-снижение зон пластических деформаций основа-
ний под блоками-подушками и др.
6.3. ОПЫТ СТРОИТЕЛЬСТВА ПРЕРЫВИСТО-ШПАЛЬНЫХ
ФУНДАМЕНТОВ
Пользуясь основами проектирования прерывисто-шпальных
фундаментов, изложенных в 5.4, научные сотрудники каферды
оснований и фундаментов ОИСИ под руководством В.Н. Голуб-
кова и Ю.Ф. Тугаенко разработали проекты и руководили опыт-
ным строительством прерывисто-шпальных фундаментов под нес-
колькими зданиями [30].
Шпальные фундаменты были изготовлены в виде отдельных
шпал и блоков. Размеры отдельных шпал и расстояний между
ними рассчитывались исходя из допустимых осадок песчаной по-
душки и грунтового основания.
Для уменьшения зоны деформации и осадок под шпальными
фундаментами устраивались песчаные подушки высотой несколь-
ко большей, чем высота На зоны деформации. По такому принци-
пу первые шпальные фундаменты были построены в городе Нико-
лаеве в 1968 г. Опытное строительство осуществлял трест "Нико-
лаевжилстрой".
В Л973 г. на аналогичных фундаментах были построены еще два
девятиэтажных жилых дома в поселках Таирова и Котовского в
.Одессе (рис. 6.1).
147
1
2
Рис. 6.1. Общий вид прерывисто-шпальных фундаментов
дев яти этажного крупнопанельного жилого дома, по-
строенного в Одессе
220
100
Шпальные фундаменты укладывались по песчаной подготовке
толщиной 15 см. После окончания строительства жилых домов
производилось замачивание грунтовых оснований с целью устра-
нения их просадочных свойств. В поселке Таирова замачивание
продолжалось в течение 56 дн, а в поселке Котовского — 46 дн;
расход воды соответственно составил 1876 и 3497 м3. После
завершений просадок оснований от замачивания в несущих конст-
рукциях и в их стыках не установлены какие-либо существенные
деформации, поэтому эти дома были сданы в эксплуатацию.
Опытное строительство девятиэтажных жилых домов на шпаль-
ных фундаментах с последующим замачиванием грунтовых осно-
ваний водой показало, что шпальные фундаменты по сравнению
с фундаментами на призматических сваях имеют ряд технико-эко-
номических достоинств и позволяют снизить стоимость устройства
фундаментов в четыре раза, сократить сроки строительства за счет
исключения применения монолитных ростверков и повышения
сборности фундаментных элементов.
В 1972—1973 гг. также осуществлено опытное строительство
первых клиновидных шпальных фундаментов под четырехэтажное
здание комбината бытового обслуживания в Одессе. Опытное
строительство вело областное СМУ треста "Укрбытпромстроймон-
таж" (см. рис. 3.12).
Устройство этих фундаментов осуществлялось путем их забив-
ки в проектное положение сваебойной техникой. Благодаря этому
148
грунт основания дополнительно уплотнялся за боковыми гранями
клиновидных шпальных фундаментов, повышались модуль его
деформаций и плотность в пределах Тек = 18,0 - 18,5 кН/мЗ.
Таким образом, опытное строительство прерывисто-шпальных
фундаментов с прямоугольной и клиновидной формами их попе-
речных сечений показало технико-экономическую целесообраз-
ность применения этих фундаментов на нескальных грунтах осно-
вания взамен эквивалентных фундаментов со сплошной подошвой.
6.4. ОПЫТ СТРОИТЕЛЬСТВА ПРЕРЫВИСТЫХ ФУНДАМЕНТОВ
В ВЫТРАМБОВАННЫХ КОТЛОВАНАХ
Опытное проектирование прерывистых фундаментов в вытрам-
бованных котлованах под руководством и участии НИИОСП
Госстроя СССР (В.И. Крутова и др.) выполнили различные терри-
ториальные проектные организации [7; 14].
Наибольшее применение эти фундаменты получили в г. Брежне-
ве и в Молдавской ССР под различные каркасные и бескаркасные
здания. При этом размеры фундаментов определялись расчетом,
исходя из расчетных сопротивлений уплотненных грунтов с R<q2 =
= 0,45—0,55 МПа согласно пп. 2.25—2.29 [14]. Для каркасных
зданий формы фундаментов в плане были квадратными с размера-
ми поверху и понизу соответственно 1,2—1,4 м и 0,9—1,2 м и вы-
сотой h - 0,8—1,4 м.
Для 5- и Э^этажных крупнопанельных жилых домов разме-
ры фундаментов поверху назначались из условия'опирания на них
трех-четырех цокольных панелей зданий.
В качестве грунтов оснований жилых домов в г. Брежневе слу-
жили различные супеси, суглинки и пылеватые мелкие пески тол-,
щиной 0,5—5 м.
До' начала массового строительства этих зданий были выполне-
ны необходимые исследования и опытные работы с целью отработ-
ки технологии устройства вытрамбованных котлованов в грунтах
с помощыЪ трамбовок площадью 0,8—1,2 м2 и высотой 1—1,2 м.
В результате было установлено, что для устройства одного вытрам-
бованного котлована без уширения основания с помощью трамбов-
ки необходимо произвести 10—16 ударов с высоты 4—8 м, а для
устройства щебеночного уширенного основания под дном котлова-
на на глубину 2,5 м следует произвести 5—7 ударов на одну порцию
щебня объемом 0,5—0,6 м3.
После окончания вытрамбования котлованы бетонировались
враспор пластичным бетоном прямо с колес автобетоновозов.
Поверх фундаментов- устанавливались арматурные сетки ячейками
20x20 см из проволоки диаметром 6 мм и затем бетонировались.
Качество вытрамбования и бетонирования котлованов контро-
лировались ОТК и оформлялось актами на скрытые работы. Таким
путем в г. Брежневе было построено и сдано в эксплуатацию более
40 зданий с различными конструктивными схемами, этажностью,
149
Таблица 6.1. Технико-экономические показатели свайных,
непрерывных и прерывистых фундаментов
в вытрамбованных котлованах
Наименование фундаментов
Сметная стоимость
1 м^, руб,
блок-секции,
тыс. руб.
I. Девятиэтажные жилые дома серии 83
Свайные из забивных свай сечением 21,1 10,3
30x30 смД= 10 м Свайные из буронабивных, 1= 10—12 м 16,5 8,06
Ленточные непрерывные на уплотнен- 7,4 3,61
ных в два слоя просадочных грунтах В вытрамбованных котлованах суши- 3,8 2,2
ренным основанием
fl. Пятиэтажные жилые дома серии 1-464БНЧ
Ленточные непрерывные на уплотненных 4,54 3,48
грунтах Свайные из забивных свай, 1=8 м 11,45 8,8
В вытрамбованных котлованах без 2,06 1,58
уширения
типами оснований и фундаментов. Инструментальные наблюдения
за деформацией этих зданий показали, что:
осадки обычных столбчатых фундаментов’ 2-3-этажных каркас-
ных зданий школ и детских садов на просадочных уплотненных
грунтах тяжелыми трамбовками были в пределах 10—20 мм;
осадки обычных ленточных фундаментов пятиэтажных крупно-
панельных жилых домов серии 1-46УБНЧ на просадочных уплот-
ненных грунтах тяжелыми трамбовками изменялись в пределах
25—35 мм;
осадки ленточных прерывистых фундаментов . 5- и 9-этаж-
ных жилых домов серий 1-464ДНЧ и 83 в вытрамбованных котло-
ванах в тех же грунтах оснований составляли 12—40 мм;
осадки забивных и буронабивных свайных фундаментов. (с
длиной свай 10—16 м) шестнадцатиэтажных жилых домов в ана-
логичных грунтах основания достигали 10—80 мм.
Осадки фундаментов всех зданий в 1,5—5. раз были меньше
предельно допустимых СНиП 2.02.01-83. Аналогичные результа-
ты были получены и при строительстве различных фундаментов
в вытрамбованных котлованах на других строительных площадках,
и в том числе в Молдавской ССР, в Тольятти, Пугачеве, Ангре-
не и др.
Технико-экономическая целесообразность массового примене-
ния различных фундаментов в вытрамбованных котлованах взамен
других типов фундаментов и в частности свайных и ленточных
непрерывных наглядно видна из табл. 6.1. •
150
Применение ленточных фундаментов на уплотненных просадоч-
ных грунтах фундаментов в вытрамбованных котлованах с уши-
ренным основанием под жилые дома серии 83 по сравнению со
свайными фундаментами с забивными сваями обеспечивает сниже-
ние стоимости строительства соответственно в 2,85 и 5,5 раза;
строительство обычных ленточных непрерывных фундаментов
на уплотненных грунтах тяжелыми трамбовками и фундаментов
в вытрамбованных котлованах без уширения основания под жи-
лые дома серии 1-464БНЧ по сравнению со свайными фундамен-
тами из забивных свай длиной 8 м снижает стоимость устройства
фундаментов в 2,52 и 5,5 раза.
Следует отметить, что’ устройство в 1979 г. фундаментов в
вытрамбованных котлованах под крупнопанельные жилые зда-
ния с полезной площадью 186,1 тыс. м2 позволило снизить стои-
мость строительства на 771,2 тыс. руб.
Сравнение опытных и расчетных основных технико-экономичес-
ких показателей совместной работы частично и полностью преры-
вистых фундаментов, а также прерывисто-шпальных и прерывис-
тых фундаментов в вытрамбованных с грунтами основания пока-
зывает, что они примерно одинаковы. Опытное строительство под-
твердило технико-экономическую целесообразность массового
применения прерывистых фундаментов взамен эквивалентных
фундаментов со сплошной подошвой и свайных фундаментов.
Применение частично прерывистых фундаментов снижает расход
фундаментных блоковчтодушек в пределах 10—30%, а применение
полностью прерывистых фундаментов снижает расход фундамент-
ных блоков-подушек и стеновых блоков в пределах 19—54% (в
зависимости от величины угла внутреннего трения и удельного
сцепления грунта основания). Аналогичные технико-экономичес-
кие результаты получены при опытном строительстве прерывисто-
шпальных и прерывистых фундаментов в вытрамбованных котло-
ванах. Инструментальные наблюдения за деформациями различ-
ных прерывистых фундаментов зданий и сооружений, построенных
в 1955—1983 гг. показали, что они были значительно меньше пре-
дельно допустимых и полностью стабилизировались в расчетные
сроки.
Приложение 1. Основные буквенные обозначения, приняты®
в Международном обществе по механике грунтов, в СНиП 2.02.01-83
и в книге
Наименование Международ- ное обозначе- ние по меха- нике грунтов СНиП 2.02.01-83 В книге
1 2 3 4
Свойства и показатели физического состояния грунтов Плотность р р 6 Плотность В сухом СОСТОЯ- — P(j P(j НИИ Удельный вес частиц ys 7s 7s грунта Удельный вес природного — — у грунта Коэффициент пористости е е е Весовая влажность w w w Влажность на границе Wz Wz wz текучести Влажность на границе Wp Wp Wp пластичности n Индекс влажности (коэф- Sf Sr . фициент или степень водонасыщенности) _ j Индекс (число) пластич- Зр '’к ности 1 д Индекс текучести (кон- 3L JL систенции) j Индекс плотности 3^ ~
Характеристики деформируемости и прочности грунтов
Модуль общей линейной деформируемости Е Ео
Коэффициент относитель- ной боковой деформации Д Д Д
Общая вертикальная деформация S S
Коэффициент компрес- сионной сжимаемости "Ъ "Ъ
Угол внутреннего трения грунта —
Удельное сцепление грунта — с с
Расчетное сопротивление __ R R
грунта основания
152
Приложение 2. Перечень государственных стандартов на методы
определения свойств грунтов, использованный в книге
ГОСТ -5180—75. Грунты. Метод лабораторного определения
влажности. — М.: Стройиздат, 1976.
ГОСТ 5181—78. Грунты. Метод лабораторного определения
удельного веса. — М.: Стройиздат, 1979.
ГОСТ 5182-78. Грунты. Метод лабораторного определения
объемного веса. — М.: Стройиздат, 1979.
ГОСТ 5183—77. Грунты. Методы лабораторного определения
границ текучести и раскатывания. — М.: Стройиздат, 1978.
ГОСТ 12248-78. Грунты. Методы лабораторного определения
сопротивлений срезу. — М.: Стройиздат, 1979.
ГОСТ 22733-77. Грунты. Методы лабораторного определения
максимальной плотности. — М.: Стройиздат, 1978.
ГОСТ 23161-78. Грунты.. Методы лабораторного определения
характеристик просадочности. - М.: Стройиздат, 1979.
ГОСТ 23908-79*. Грунты. Методы лабораторного определения
сжимаемости. — М.: Стройиздат, 1980.
ГОСТ 25100-82. Грунты. Классификация. — М.: Стройиздат,
1983.
Приложение 3. Нормативные удельные сцепления сп, кПа (кгс/см2),
углы внутренних трений и модули деформаций Е, МПа (кгс/м2),
песчаных грунтов
Наименование песчаных грунтов Обозна- чения ха- ракте- ристик грунтов Характеристики грунтов при коэффициенте пористости е, равном:
Q,45 0,55 • 0,65 0,75
1 2 3 4 5 6
Г равелистые и крупные сп Е 2 (0,02) 43 50 (500) 1 (0,01) 40 40 (400) 38 30 (300) —
Средней крупности сп . Фп Е 3 (0,03) 40 50 (500) 2 (0,02) 38 40 (400) КО,01) 35 30 (300) —
Мелкие сп Е 6 (0,06) 38 48(480) 4 (0,04) 36 38(380) 2 (0,02) 32 28(280) 28 18(180)
Пылеватые сп Е 8 (0,08) 36 39 (390) 6 (0,06) 34 28 (280) 4 (0,04) 30 18(180) 2 (0,02) 26 11 (110)
153
1
Приложение 4. Нормативные удельные сцепления сп, кПа (кгс/см2), углы внутренних трений и модулей деформаций Е, МПа (кгс/см2), пылевато-глинистых нелессовых грунтов ' четвертичных отложений
Наименование грунтов и нормативных их показателей текучести Обозна- чения характе- ристик грунтов Характеристики грунтов при коэффициенте пористости е, равном:
0,45 0,55 0,65 0,75 0,85 0,95 1,05
1 2 3 4 5 6 7 8 9
ч сп 21(0,21) 17(0,17) 15(0,15) 13(0,13} _ - _ 0<1<0,25 30 29 27 24 Е 32 (320) 24 (240) 16 (160) 10 (100) 7 (70)
Супеси
0,25 < JL< 0,75 сп 19(0,19) 15(0,15) 13(0,13) 11 (0,11) 9 (0,09) —
28 26 24 21 18 —- —
Е 32 (320) 24 (240) 16(160) 10(100) 7(70) — —
0< 3l<0,25 сп 47 (0,47) 37 (0,37) 31 (0,31) 25 (0,25) 22 (0,22) 19(0,19)
‘Рп 26 25 24 23 22 20 __
Суглинки Е 34(340) 27 (270) 22(220) 17(170) 14(140) 11 (110)
сп __ 25 (0,25) 20 (0,20) 16(0,16) 14(0,14) 12(0,12)
0,25 < 3L< 0,75 Фп — — 19 18 16 14 12
Е 32 (320) 25 (250) 19(190) 12(120) 8(80) 6(60) 5(50)
0<Jt<0,25 сп 81 (0,81) 68 (0,68) 54 (0,54) 47 (0,47) 41 (0,41) 36 (0,36)
«Рп — 21 20 19 18 16 14
Е 28 (280) 24 (240) 21 (210) 18(180) 15(150) 12(120)
сп 57 (0,57) 50 (0,50) 43 (0,43) 37 (0,37) 32 (0,32)
0,25 <^<0,50 ^п 18 17 16 14 11
Глины Е — 21 (210) 18(180) 15(150) 12(120) 9(90)
0,50 0,75 сп — — 45 (0,45) 41 (0,41) 36 (0,36) 33 (0,33) 29 (0,29)
<Ат — 15 14 12 10 7
Е — __ 15(150) 12(120) 9(90) 7(70)
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Политический доклад Центрального Комитета КПСС ХХУП съезду
Коммунистической партии Советского Союза. — М.: Политиздат, 1986.
2. Основные направления экономического и социального развития СССР
на 1986—1990 годы и на период до 2000 года. — М.: Политиздат, 1986.
3. А. с. 947286 (СССР). Ленточный фундамент / Фидаров М.И., Зава-
рим В.С. - Опубл, в Б.И., 1982, Г 28.
4. А. с. 1059067 (СССР). Фундамент / Фидаров М.И., Мурадян А.С. —
Опубл, в Б.И., 1983, Г 45.
5. Березанцев В. Г. Расчет оснований сооружений. — Л.: 1970.
6. ГОСТ 13580-68*. Плиты ленточных фундаментов железобетонные.
Технические условия. — Взамен ГОСТ 13580—68. — М.: Стройиздат, 1980.
7. К р у'то в В. И. Основания и фундаменты на просадочных грунтах. —
•»'. стст : Зуд вельник, 1982.
Ж М а л ы ш ев М. В. Теоретические и экспериментальные исследования
. ж* ctsm ^.□собности песчаного основания. — М.: 1953 (Тр. ин-та / ВАИИ
Водгео).
9. Мурзенко Ю.Н., Б о р л и ков Г. М. Экспериментальные иссле-
дования фундамента с песчаной подушкой в цилиндрической оболочке. —
В кик Экспериментальные исследования сооружений. — Материалы к второ-
му сммх „пуму. Новочеркасск, НПИ, 1969.
10. Г) р о т о д ь я к о м о в ,JVL М. Дшление горных породи рудничное
крепление. — М.: Госгориздат, 1933.
11. Проектирование и строительство прерывистых фундаментов. / Фиде-
ров М.И.j™ Орджоникидзе,/'1979, 120’с. Рукопись деп. в ЦНТИ Госграждан-
строя при Госстрое СССР. Указатель неопубликованных и ведомственных
материалов, 1980/ № 3.
12. Руководство по проектированию оснований зданий и сооружений. —
М.: Стройиздат, 1978. — 375 с.
13. Руководство по производству и приемке работ при устройстве осно-
ваний и фундаментов. — М.: Стройиздат, 1977.
14. Руководство по проектированию и устройству фундаментов в выт-
рамбованных котлованах. — М.: Стройиздат, 1981.
15. Разоренов В. Ф. Номограммы для определения размеров бло-
ков прерывистого фундамента. — Основания, фундаменты и механика
грунтов, 1978, Г 3.
16. СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений. — М.: Стройиздат,
1984.
17. , СНиП 3.02.01-83. Основания и фундаменты. — М.: Стройиздат, 1983.
18. СНиП П-21-75. Бетонные и железобетонные конструкции. Йормы
проектирований. — М.: Стройиздат, 1976.
19. СНиП ПЙМ31. Строительство в сейсмических районах. Нормы проекта»
ров аки я. — М.: Стройиздат, 1982.
20. Типовые железобетонные конструкции промышленных зданий и
«оружений. Справочник проектировщика / А0И. Дегтяр, И.С. Приходь-
ко, ВМ Спиридонов и др.: Под ред. Г.И. Бердичевского. — изд. пе-
рераб. — М.: Стройиздат, 1981.
21. С!стстн?ст основания и фундаменты,Справочник проектировщика. /
У : СтрсСТд дт, ,Э0'?
22. С о р о ч а н Е. А. Сборные фундаменты промышленных жилых
- ст- стройиздат, 1962.
23. С орочам Е. А. Фундаменты мелкого основания на естествен-
ном основании. — М.: ЦНИИС Госстроя СССР, эыпуск. 7. Архитектура и
галнлво^ U79.
24. Соколовский В. В, Статика сыпучей среды, — IVl, Госиздат
технико-теоретической литературы, ‘:'9БС.
2FL Ф и ц^а п о в М. И, Основания и прерывисты© фундаменты. — Орджо-
нстчтст- ст/нст "Ир", 1973.
2в,; Ф и даров М. Й. Опыт проектирования и строительства прерывис-
тых фтнстстекств с прерывистыми фундаментными стенами.., — Известия
вузоа. Сер. строительство и архитектура. 1973, № 9.
155
27. Ф и д а р о в М. И. Определение важнейших размеров ленточных
прерывистых фундаментов с учетом совместной работы их с основаниями. —
Известия Северо-Кавказского научного центра высшей школы. Техничес-
кие наукиj 1980, № 1.
28. Фидаров М. И. Графоаналитическое определение напряженно-
деформированных до предела зон и предельного давления грунта основа-
ния под ленточным прерывистым фундаментом. — Известия Северо-Кавказ-
ского научного центра высшей школы. Технические науки, 1982, № 3.
29. Фидаров М. И. Расчет основных размеров прерывисто-комбини-
рованных фундаментов. — В кн.: Экспериментально-теоретические исследо-
вания процессов упру го пластического деформирования оснований и фунда-
ментов. — Новочеркасск/НП И, 1980.
30. Шпальные и клиновидно-шпальные забивные фундаменты / В.Н. Го-
лубков, Ю.Ф. Туганенко, Л.И. Колесников, К.М. Кокоржицкий. — Киев:
Буд|‘вельник, 1976.
31. Ц ы то в и ч Н. А. Механика грунтов. — М., Стройиздат, 1963.
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие .................................. 3
1. Общие сведения о прерывистых фундаментах ... 4
1.1. Основные положения, понятия и определения .......... 4
1.2. Классификация и конструкции прерывистых фундамен-
тов .................. ........ .............. 5
1.3. Блоки-подушки и стеновые блоки прерывистых фундамен-
тов ........................................ .23
1.4. Сплошные и решетчатые фундаменты под прямоугольные
колонны ................ ......... . ..... ...... 24
2. Теоретические основы расчета прерывистых фундаментов .... 37
2.1. Основные показатели совместной работы прерывистых
фундаментов основаниями и способы их определения ........ 37
2.2. Расчет прерывистых фундаментов на основе ' теории
упругости ................................... 38
2.3. Расчет расстояния между блоками-подушками ленточного
прерывистого фундамента ......................... 41
2.4. Основы расчета прерывистых фундаментов по теории пластич-
ности и давлений грунтов над горными выработками . 42
2.5. Теория совместной работы прерывистых фундаментов с осно-
ваниями на основе учета арочного эффекта ............... 45
2.6. Методы расчета основных размеров прерывистых фундамен-
тов, разработанных с учетом арочного эффекта ...' 51
2.7. Расчет важнейших показателей совместной работы грунта ос-
нования и ленточного прерывистого фундамента с переменным
продольным сечением............................ 60
2.8. Определение предельной и расчетной нагрузок грунта основа-
ния под ленточным прерывистым фундаментом с переменным
продольным сечением и с наклонными боковыми гранями бло-
ков-подушек ................................. 65
2.9. Графоаналитический расчет предельно напряженно-деформи-
рованных грунтовых зон и предельного давления грунта основа-
ния под ленточным прерывистым фундаментом . ...... 67
2.10. Номограммы для определения основных размеров ленточ-
ных прерывистых фундаментов ...................... 71
2.11. Расчет основных размеров решетчатых фундаментных
блоков-подушек (плит) прерывистых и непрерывных фундамен-
тов с учетом арочного эффекта ...................... 74
3. Экспериментальные основы расчета проектирования прерывис-
тых фундаментов...................:........... 77
3.1. Лабораторные установки, методы проведения опытов, типы
штампов и физико-механические показатели песков ......... 77
156
3.2. Опытные данные о предельном напряженно-деформирован-
ном состоянии песчаных оснований под прерывистыми и непре-
рывными штампами-фундаментами ................... 30
3.3. Опытные данные о возникновении арочного эффекта в песча-
ных основаниях под прерывистыми штампами-фундаментами ... 91
3.4. Опытные данные о предельном напряженно-деформированном
состоянии песчаных оснований’под многопустотными и’беспустот- ,
ными штампами-фундаментами ..................... 93
'3.5. Опытные зависимости осадок глинистых оснований от давле-
ний под моделями ленточных прерывистых и непрерывных фунда- :
ментов ..................................... 98
3.6. Влияние изменения расстояния между блоками-подушками
ленточного прерывистого фундамента на предельное и расчетное
давления песчаного основания ....................... 102
3.7. Экспериментальные основы проектирования прерывисто-
шпальных фундаментов ........................ . 105
3.8. Экспериментальные основы., проектирования прерывистых
фундаментов и вытрамбованных котлованах ............. 107
4. Особенности расчета некоторых типов прерывистых фундамен-
тов ........................................ 108
4.1. Расчет кольцевых, прерывисто-кольцевых и прерывисто-
полых квадратных фундаментов с учетом совместной работы их
в полой части с основаниями ........................ 108
4.2. Расчет основных размеров различных прерывисто-комбиниро-
ванных фундаментов111
5. Методы проектирования прерывистых фундаментов ....... 115
5.1. Проектирование прерывистых фундаментов 115
5.2. Проектирование прерывистых фундаментов с учетом возник-
новения арочного эффекта в основаниях . •............... . 117
5.3. Способы корректировки расстояния между блоками-подуш-
ками прерывистых фундаментов ...................... 119
5.4. Проектирование прерывисто-шпальных фундаментов . ..... 122
5.5. Проектирование ленточных прерывистых фундаментов в
вытрамбованных котлованах ....................... 125
5.6. Примеры расчетов прерывистых фундаментов различными
методами .................................... 129
5.7. Технико-экономический анализ основных расчетных показа-
телей совместной работы ленточных непрерывных и прерывис-
тых фундаментов с грунтами основания . < . 143
6. Опыт строительства прерывистых фундаментов .......... 145
6.1. Опыт строительства прерывистых фундаментов по методике
СНиП 2.02.01-83 .............................. 145
6.2. Опыт строительства прерывистых фундаментов с учетом ароч-
ного эффекта ................................. 146
6.3. Опыт строительства прерывисто-шпальных фундаментов . . . 147
6.4. Опыт строительства прерывистых фундаментов в вытрам-
бованных котлованах ........... ... ............ 149
Приложение 7. Основные буквенные обозначения, принятые
в Международном обществе по механике грунтов, в СНиП
2.02.01-83 и в книге ............................. 152
Приложение 2. Перечень государственных стандартов на методы
определения свойств грунтов, использованный в книге ....... 153
Приложение 3. Нормативные удельные сцепления сп, кПа (кгс/
/см4) углы внутренних трений и модули деформаций Е,
МПа (кгс/см*^ песчаных грунтов ..................... 153
Приложение 4. Нормативные удельные сцепления сп, кПа
(кгс/см^), углы внутренних трений и модули деформаций Е,
МПа (кгс/см*’)^ пылевато-глинистых нелессовых грунтов четвер-
тичных отложений .............................. -J54
Список литературы ............... ............. ° " 155