V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

Для зданий со средней этажностью 12 этажей, вертикальными несущими конструкциями которых являются продольные и поперечные стены, наиболее эффективным является применение фундамента мелкого заложения, основным достоинством которого является простота и как следствие скорость возведения. Но на ряду с этими положительными качествами присутствует серьезный недостаток, который заключается в сравнительно низкой несущей способности при высоком удельном расходе материала.

Над методами устранения этого недостатка работают уже достаточно давно. Разработаны и применены более прогрессивные конструкции фундаментов мелкого заложения: фундаменты-оболочки[6], фундаменты с треугольными выступами по подошве[1], арочные фундаменты[2], фундаменты с расклиниваемыми опорными частями[3] и т.д. Большинство выше перечисленных конструкций весьма трудоемки в изготовлении. К примеру для надёжной работы фундамента-оболочки необходим хороший контакт во всех точках его рабочей поверхности с грунтовым основанием; фундамент с расклиниваемыми опорными частями предполагает увеличение времени на подготовку к монтажу, более тщательную выверку элементов и т.д.

На основании анализа различных конструкций фундаментов мелкого заложения была разработана конструкция фундамента с прорезями вдоль краев, в которые при необходимости можно вводить сборные выступы (рис.1), ограничивающие боковые перемещения грунта, либо применять закрепляющий состав.

Рис.1 Аксонометрическая схема модели фундамента мелкого заложения с ограничителями боковых перемещений (в качестве выступов использован швелер, для облегчения погружения последних в грунт)

Ряд исследований, заключавшихся в моделировании работы фундамента с выступами на песчаном основании в лотке, показал увеличение несущей способности при применении выступов, которая увеличивается с увеличением глубины выступа. Схожей работой занимались Пилягин А. В. и Глушков В. Е., но отличие от предлагаемого варианта заключается в том, что ими рассматривалось влияние шпунтового ограждения на несущую способность[4], а здесь ограничители являются одной из составных частей фундамента. Разработанная конструкция фундамента может применяться и без выступов, при наличии хорошего грунтового основания. Последние могут быть введены позднее, например при реконструкции здания, либо с целью уменьшения неравномерности осадок в процессе эксплуатации.

Опыты с моделями фундаментов проведенные в лотке на песчаном основании показывают увеличение несущей способности в 1.25 раза, по сравнению с обычным плоским фундаментом, при соотношении h/b=0,25(h-глубина выступа, b- ширина подошвы).

По результатам лотковых испытаний штампов с плоской подошвой и подошвой с выступами были построены графики зависимости осадки от нагрузки для двух типов фундаментов(рис.2).

Согласно формулы (*) было определено предельное давление на грунт снования.

Pnпред=Nγγ∙y+Nq∙q+Nc∙c(*)

Данная величина составила для плоской модели Pnпред = Rплпред=35.19 кПа. При данном значении давления было зафиксировано значение средней осадки плоского штампа равное 5.18 мм. Для фундамента с выступами данное значение осадки наблюдается при величине давления на основание Rвыстпред=44.16 кПа (рис.2). Увеличение несущей способности, как уже было отмечено выше составило порядка 25%.

Рис.2. Зависимости осадки от нагрузки для: 1-фундамента без ограничителей, 2-фундамента с ограничиетлями.

Таким образом можно сказать, что величина предельного давления на основание, которое выдерживает фундамет с выступами (Rвыстпред), будет представлено произведением предельного давления на основание плоского фундамента с такой же шириной подошвы, на коэффициент перехода К₁:

Rвыстпред=К1∙Rплпред(**)

Всего было рассмотрено 5 моделей с различными соотношениями h/b. В результате были определены величины коэффициентов перехода от плоского фундамента к фундаменту с выступами, в зависимости от глубины погружения ограничителя в грунт (табл.1)

Таблица.1

Значения коэффициентов перехода от модели плоского фундамента к фундаменту с выступами, в зависимости от величины h/b,

h/b	0,25	0,20	0,15	0,10	0,05
К1	1,255	1,216	1,184	1,149	1,116

Однако чаще всего основание расчитывается не по несущей способности, а по деформациям, и для этого используют формулу Пузыревского с введением в неё дополнительных коэффициентов.

На основании выражения (***) можно получить значения глубины развития зон пластических деформаций для плоского штампа, который не заглублен в грунт основания[5]. Если в формуле (***) заменить Rплпред на Rплпред⋅K1, то можно получить величину глубины развития зон предельного равновесия для фундамента с выступами zmaxвыст .

zmaxпл=Rплпредπγctgφ+φ-π2-сγtgφ(***)

В дальнейшем найдя отношение zmaxвыстzmaxпл=K2 можно ввести полученное значение коэффициента К₂ в формулу для определения критической нагрузки на основание. Введение данной величины в формулу в наибольшей степени отразится на составляющей Mγ, которая на прямую зависит от допускаемой глубины развития зон пластических деформаций.

Применение мероприятий по уменьшению горизонтальных перемещений частиц грунта под подошвой фундамента поозволяет вовлечь в работу ниже лежащие слои грунта и тем самым перераспределить напряжения в грунтовом массиве, за счет чего наблюдается увеличение несущей способности фундамента. На рис.3 приведены схемы распределения точек пластических деформаций для фундамента с выступами и фундамента с плоской подошвой, что подтверждает высше сказанное. Даннные схемы были получены при помощи программы Plaxis, которая разработана специально для моделирования сложных геотехнических задач.

а) б)

Рис.3. Схемы распределения пластических точек подо подошвами фундаментов: а-фундамент с выступами, б-фундамент с плоской подошвой

Подводя итог высшесказанному, можно выделить следующее:

1. Фундамент, предлагаемой конструкции может применяться без выступов, а последние будут вводиться по мере необходимости.

2. Применение выступов по подошве однозначно позволяет увеличить несущую способность фундамента.

3. Выступы позволяют вовлекать в работу нижележащие слои грунта, тем самым происходит увеличение относительной глубины заложения фундамента, и смыкание зон пластических деформаций будет наблюдаться на гораздо большей глубине, в сравнении с обычным фундаментом.

Список использованных источников:

1. А. С. СССР № 1294916, МПК Е 02 D27/00 “Фундамент” БИ № 9, 1987 г.

2. А. С. СССР № 1301929, МПК Е 02 D27/42, 27/00 “Способ возведения арочного фундамента ” БИ № 13, 1987 г.

3. А. С. СССР № 796316, МПК Е 02 D27/00 “Фундамент” БИ № 2, 1981 г.

4. Пилягин А. В., Глушков В. Е.Усиление оснований фундаментов путем взятия грунта в обойму. Фундаменты и заглублен. сооруж. при реконструкции и в стеснен. условиях стр-ва. Матер. Науч.-техн. конф.. Л.. 1988г.

5. Тер-Мартиросян З.Г. Механика грунтов/монография М.: Изд-во АСВ, 2009 г.

6. Тетиор А. Н., Прогрессивные конструкции фундаментов для условий Урала и Тюменской области, Средне-Уральское книжное издательство, Свердловск, 1971 г.

Код для цитирования: Скопировать