ГлавнаяНагрузка передается основанию в процессе возведения сооружения и постепенно увеличивается, при этом возрастает и осадка основания.
По окончании строительства при постоянной нагрузке основания прирост осадок с течением времени уменьшается подобно тому, как это показано на графиках осадки во времени, и осадка затухает.
В песчаных и крупнообломочных грунтах осадки в процессе возведения сооружения нарастают быстро и практически заканчиваются во время строительства, не отражаясь на дальнейшей службе сооружения.
В глинистых грунтах рост осадки основания — более длительный процесс, продолжающийся иногда годами. В отдельных случаях неравномерное затухание осадки может привести к недопустимым деформациям эксплуатируемого сооружения.
Расчет осадки основания во времени производится в предположении, что осадка связана с процессом фильтрации воды, находящейся в порах грунта и вытесняемой из них давлением от сооружения.
Давление от сооружения сначала передается на воду. По мере вытеснения воды из пор давление все больше и больше передается на твердые частицы грунта, вызывая при этом постепенное его уплотнение. Чем меньше фильтрующая способность грунта, тем медленнее идет процесс уплотнения. Поэтому эпюра осадочных давлений будет нарастать постепенно, пока не будет соответствовать по своей величине эпюре в момент окончания осадки.
Так как площадь эпюры осадочных давлений пропорциональна осадке, то можно принять, что
где St — осадка за некоторый промежуток времени t (доля осадки);
Q — степень осадки, т. е. отношение площади эпюры осадочных давлений в некоторый момент времени t к площади стабилизированной эпюры;
S — полная осадка.
Для получения решения, определяющего время t, используется два закона механики грунтов: закон уплотнения и закон ламинарной фильтрации.
Формула для определения времени t имеет следующий вид
где ho = h/1+e — приведенное значение толщины слоя;
Cv — коэффициент консолидации (уплотнения), равный
N — коэффициент, определяемый по табл. 26 в зависимости от степени осадки Q и характера фильтрации;
Кф — коэффициент фильтрации;
е — коэффициент пористости;
yв — объемный вес воды, равный 1 г/см3 = 0,001 кг/см3.
Значение коэффициента консолидации определяется по формуле
При определении N возможны следующие основные варианты (рис. 67):
а) ниже эпюры осадочных давлений залегает водонепроницаемый слой, фильтрация воды происходит только вверх. Значения N определяются по случаю 2;
б) эпюры осадочных давлений находятся в водопроницаемом слое, фильтрация воды происходит вверх и вниз. Коэффициенты N определяются по случаю 0.
Задаваясь различными значениями степени осадки Q (обычно через 0,1), можно определить частичную осадку и время, за которое произошла эта осадка. По этим данным строится график зависимости осадки от времени, который показан на рис. 68. Из графика видно, что осадка песчаных оснований протекает очень быстро, практически в процессе строительства, а глинистых грунтов очень долго, в течение нескольких лет, а иногда и десятков лет.
На рис. 69 показаны напряжения, возникающие в основании главного здания Московского государственного университета. Для него были подсчитаны величины осадок, а затем проводились наблюдения за осадками здания в течение ряда лет. Величины фактических осадок совпали с расчетными.
Пример 22. Определить вероятную осадку ленточного фундамента шириной b = 1,0 м, заложенного на глубине h = 3,0 м от естественной поверхности Земли и оказывающего на основание давление р = 2,5 кг/см2 (рис. 70). Непосредственно под подошвой фундамента залегает слой мелкого песка толщиной h1 = 2,4 м с объемным весом y0 = 1,7 т/м3; модуль деформации Eo1 = 150 кг/см2 и коэффициент в = 0,8. Ниже залегает песок пылеватый, заиленный, для которого yo = 1,7 т/м3, Eо2 = 70 кг/см2 и в = 0,8.
Решение.
До разработки котлована на отметке подошвы фундамента действовало природное (бытовое) давление рпр = уоh = 1,7 3 = 5,1 т/м2 = 0,51 кг/см2.
Давление от фундамента превышает природное давление на величину Pос = р — рпр = 2,5 — 0,51 = 1,99 кг/см2.
Это дополнительное (к природному) давление передается на основание и распределяется в нем, вызывая деформацию слоев и осадку поверхности основания.
Для определения мощности сжимаемой толщи и расчета осадок основание разбивается на отдельные слои толщиной по hi = 40 см, что удовлетворяет условию hi < 0,4 в: При этом граница между слоями природного напластования совпадает с одной из границ выделенных слоев.
Бытовое давление на разных отметках вычисляется путем сложения давлений отдельных слоев, считая от естественной поверхности земли, т. е. по формуле
Дополнительное давление находится по формуле (47):
где а — коэффициент, который находится по табл. 16 в зависимости от отношений
Здесь z отсчитывается от подошвы фундамента вниз. Например, природное давление на глубине z = 40 см от поверхности основания составляет рпр = уо(h + z) = 1,7 (3 + 0,4) = 5,78 т/м2 = 0,58 кг/см2, а дополнительное рдz = а*1,99 = 0,88 1,99 = = 1,75 кг/см2.
Коэффициент а взят по табл. 16 при m = 2z = 2*0,4 = 0,8 и n = оо.
Дальнейшие вычисления сделаны в табличной форме (табл. 27).
Нижняя граница сжимаемой толщи принимается на глубине К = 4,40 м от подошвы фундамента, так как здесь с точностью до 0,03 кг/см2 удовлетворяется условие рдz = 0,28 кг/см2 = 0,2, рпр = 0,2*1,26 = 0,252 кг/см2.
Нижняя граница сжимаемой толщи может быть определена и графоаналитически. Для этого находится точка пересечения эпюры дополнительных давлений с эпюрой бытовых давлений, причем все ординаты последней эпюры уменьшаются в пять раз, так как дополнительное давление должно здесь составлять 20% от бытового.
В связи с тем, что мощности всех выделенных слоев одинаковы, а по модулям деформации Eо и коэффициента в слои можно разделить на две группы, то подсчет осадок облегчается — постоянные для нескольких слоев величины можно вывести в виде множителей перед суммами.
Искомая осадка по формуле (66) будет равна:
В настоящее время разрабатываются практические методы расчета осадок с учетом ползучести грунта.