книги из ГПНТБ / Абелев М.Ю. Слабые водонасыщенные глинистые грунты как основания сооружений 8-й междунар. конгресс по механике грунтов и фундаментостроению

при осадке от очередной ступени давления, если эта осадка в 2 раза превышает осадку от такой же пред­ шествующей ступени давления и не затухает в течение трех суток.

Эпюра осадочного давления, вызывающего осадку сооружения, представляет собой разность между эпюрой распределения вертикальных напряжений по глубине под центром фундамента и эпюрой остаточного порового давления. Если окажется, что величина остаточного по­ рового давления очень мала, то за нижнюю границу сжимаемой зоны следует принять глубину, на которой осадочное давление равно 0,1 кгс/см2.

Для определения осадок значение модуля деформи­ руемости грунтов следует принимать по результатам их испытания в стабилометре при искусственном создании в образце такого порового давления, которое равно оста­ точному поровому давлению на данной глубине залега­ ния. Значения модуля общей деформации должны опре­ деляться с учетом фактического изменения напряженно­ го состояния грунта под действием нагрузки на данный фундамент на исследуемой глубине.

Если слабые	водонасыщенные		глинистые грунты		ха­
рактеризуются	структурной	прочностью		сжатия,	боль­
шей 0,1 кгс/см2,	а нагрузка к	фундаментам		прикладыва­
ется медленно	(без ударов),	то	осадки	рекомендуется
рассчитывать по следующей		методике.

Под центром фундамента строят эпюру распределе­ ния вертикальных напряжений по глубине. При этом величину давления на любой глубине под фундаментом не уменьшают на присущую этому слою величину при­ родного давления. Затем строят эпюру изменения струк­ турной прочности сжатия по глубине слоя в основании фундамента. Грунт будет сжиматься только в той зоне, где напоры в поровой воде превышают начальный гра­ диент напора грунтов. Из п. 6 главы I видно, что вели­ чина порового давления может быть принята равной разности между действующим давлением и структурной прочностью сжатия. Поэтому от точки пересечения ли­ нии эпюры структурной прочности сжатия грунта и по­ верхности основания (дренажного слоя) под углом а, тангенс которого равен начальному градиенту напора, проводят наклонную линию. Та часть эпюры давления, которая остается между наклонной линией и огибающей эпюры вертикальных давлений по глубине, определяет

102

величины осадок фундамента за счет сжимаемости дан­ ного слоя (рис. II.4).

Если в пределах сжимаемой зоны или ниже ее (на

расстоянии

1 м)

залегает дренирующий

слой

(например,

слой

песка), то

прямые,

наклонные

к

горизонту

под

углами

а х

и а2 , тангенсы которых равны начальным

гра­

диентам

напора,

прово­

дят

в

нижней

и

верх-

-,

\ Р

ней

частях

эпюр.

Данный

прием,

поз­

воляющий

учесть

влия­

ние

структурной

проч­

ности

сжатия

и

на­

чального градиента

на­

пора

на

осадки,

может

быть

использован

при

расчете

осадок

на

во­

донасыщенных

гли­

нистых

грунтах

по

ме­

тодам К. Е. Егорова и

Б. И. Далматова.

При

расчете

осадок

сооружений,

ширина

которых

равна

или

меньше

толщи

слабых

водонасыщенных

гли­

нистых

грунтов,

чаще

всего используют

реше­

Рис. 11.4. Схема для расчета осадок

ния

одномерной

зада­

фундаментов

с

учетом

структурной

чи уплотнения

или

мо­

прочности сжатия и начального гра­

дели с коэффициентами

диента напора

постели

(более

подроб­

но см. п. 2 этой

главы).

В этом

случае принимают, что

напряжения остаются постоянными по глубине. Для рас­ чета осадок от оси z откладывают напряжение, равное фактическому давлению под подошвой фундамента или сооружения. От этой же оси и в ту же сторону отклады­ вают величины структурной прочности сжатия грунта на разной глубине. Если для рассчитываемых грунтов ха­ рактерно явление начального градиента напора, то от линии пересечения эпюры структурной прочности сжатия и дренажных поверхностей под углом к горизонту, тан­ генс которого равен начальному градиенту напора, про­ водят прямые. Те части эпюры, которые отсекаются эти-

103

ми	прямыми, и определяют осадку данного	фундамен­
та	или сооружения. Если дренирующий слой	находится

в середине сжимаемой толщи, то наклонные проводят от

точек	пересечения		эпюры	структурной		прочности	сжатия
с горизонтальными границами					дренирующего		слоя
(рис.	115).			д		д
В	этом	случае	осадку	on- i	I	I | I !	I
ределяют		по формуле			.

Рис. 11.5. Схема для расчета осадок сооружений, имеющих большую площадь в плане, с учетом структурной прочности сжатия и началь­ ного градиента напора

а — при однородной толще слабых грунтов; б — при наличии песчаного слоя в середине уплотняемого участка

Если дренажный слой находится в середине сжимае­ мого слоя, осадку определяют по формуле

s	= 2 a 0	( g - p c T p ) 2 .
		«о Ѵв
В этих формулах	(о — р с т р ) —напряжения, которые

вызывают сжатие грунта в результате отжатая воды из

водонасыщенных глинистых грунтов.
Приведенные здесь формулы для расчета осадок
с учетом структурной прочности сжатия	и начального
градиента напора полностью справедливы	для грунтов,

у которых сжатие определяется процессами фильтраци­ онной консолидации, а процессы вторичной консолида-

104

ции играют небольшую роль (например, у илов оз. Си­ ваш осадка, обусловленная фильтрационной консолида­ цией, составляет 95% общей величины осадки). Чтобы это выяснить, необходимо провести исследование образ­ ца грунта на сжатие с измерением порового давления. Условно считается, что осадка, которая произошла после полного падения порового давления, определяется про­ цессами вторичной консолидации (ползучести). Наши опыты, проведенные на илах из районов Архангельска, г. Фао (Ирак), Каширы и Мурманска, показали, что для илов Архангельска и Каширы «осадка ползучести» со­ ставляет 10—15% общей осадки, г. Фао—15—20 и для илов Мурманска — до 37%- Все опыты проводились в те­ чение трех — пяти месяцев до полной стабилизации осад­ ки, при давлениях 1,5—2,5 кгс/см2.

2.МЕТОДЫ РАСЧЕТА КОНСТРУКЦИЙ ФУНДАМЕНТОВ

ИФУНДАМЕНТНЫХ ПЛИТ НА СЛАБЫХ ВОДОНАСЫЩЕННЫХ ГЛИНИСТЫХ ГРУНТАХ

Расчет (конструкций) фундаментов существенно за­ висит от распределения контактных напряжений по по­ дошве и от модели основания, которая используется

вданном инженерном расчете.

Внастоящее время существуют весьма противоречи­ вые точки зрения на расчетную модель основания, сло­ женного слабыми водонасыщенными глинистыми грун­ тами. В лаборатории МИСИ им. В. В. Куйбышева иссле­ довалась работа фундаментов на илах оз. Сиваш и речных илах Каширы. Нами были рассмотрены расчет­

ные параметры для трех моделей основания: Винклера, с двумя упругими характеристиками и упругого полу­ пространства. Параметры всех моделей оснований опре­ делялись полевыми исследованиями.

Обычно эти параметры определяются на основании данных экспериментального загружения основания жест­ кими штампами. При этом предполагается, что давле­ ние, передаваемое штампом на основание, равномерно распределено по подошве штампа. В действительности же, как об этом упоминалось, в основании у краев штампа возникают концентрации напряжения, что при­ водит к появлению зон пластических деформаций грунта под краями штампа. В средней же части штампа основа­ ние испытывает давление, меньшее среднего удельного

105

давления на штамп. Поэтому значения коэффициента постели модели Винклера, полученные этим способом, оказываются несколько завышенными. Упругие парамет­

ры моделей основания зависят и			от того,	какие		кон­
струкции (штампы	жесткие	или	гибкие,	круглые или
квадратные, балки	и т. п.)	применяются		для	натур­
ных испытаний основания.		Так,	величина		коэффи­
циента постели зависит как от размеров и площади						кон­

струкции, использованной для эксперимента, так и от среднего удельного давления на основание, передавае­ мого этой конструкцией, и от жесткости последней.

Для выяснения этих зависимостей нами были прове­ дены опыты по загружению илов оз. Сиваш гибкой бал­

кой и штампами.
В качестве	гибкой балки был использован швеллер
№ 30 длиной	3 м, положенный на стенку вверх ребра­

ми. Нагрузки прикладывали ступенями, равными 0,05—0,1 кгс/см2, и выдерживали до стабилизации осадок от каждой ступени. При каждой ступени нагрузки (со­ средоточенной силы) измеряли осадки в середине бал­ ки, у ее краев и на расстоянии четверти длины от краев.

Параллельно проводились опыты по загружению круглых штампов площадью 1000, 5000 и 10 000 см2.

При испытании		грунтового основания	жесткими
штампами коэффициент постели k кгс/см3			определяли
как q/W, где q— удельное давление на штамп в				кгс/см2,
a W—осадка	штампа в см.
Расчетная	схема	Для эксперимента в первом		прибли­

жении была принята в виде бесконечной балки. По из­ вестной величине сосредоточенной силы Р, приложенной

в центре балки, и соответствующему	этой силе про­
гибу W0 в середине балки коэффициент	постели k мож­

но получить, воспользовавшись формулой

где EJ — жесткость балки в кгс/см2; b— ее полуширина;

k— коэффициент постели, откуда

0,5 р	/ 0 , 5 Р
bW0 \	4EJW,о

106

Модуль деформации Е0 грунтов основания для моде­ ли упругого полупространства определяется на основе их испытания жесткими штампами по формуле

£ 0 =	1	2* (àdq
		°l ~w~'
где |х0 — коэффициент	Пуассона		грунта	(для илов
оз. Сиваш р.0 =	0,45);
d— диаметр круглого штампа в см;
q — удельное давление на штамп в				кгс/см2;
W— осадка штампа в см;
со— коэффициент,	учитывающий форму штампа
(для круглых штампов со =			0,79).

Чтобы найти модуль деформации Е0 на основании данных полевых опытов по загружению гибкой балки сосредоточенной силой Р, приложенной в середине бал­ ки, были использованы таблицы М. И. Горбунова-Поса- дова для расчета балок, лежащих на упругом полупрост­ ранстве. При этом значение Е0 подбирали таким обра­ зом, чтобы расчетные и экспериментальные прогибы в середине балки совпали.

Для определения коэффициентов постели по модели

П. Л. Пастернака		(коэффициента	сжатия си		кгс/см3
и коэффициента сдвига с2 кгс/см)			был	поставлен сле­
дующий	опыт. Два	круглых штампа разных			радиусов
(гі и г2)	были загружены равномерно			распределенной
нагрузкой q кгс/см2		одинаковой интенсивности. Осадки

обоих штампов W\ и W2 были измерены.

На основе положений П. Л. Пастернака были выве­ дены расчетные формулы для определения с\ и с2:

с, =

wx	s2	К о ( 6 і )
	8 1 +
	C<z —	S2Ci,
где Ко и Кі— функции	Макдональда нулевого и пер­
вого индексов;

107

причем	и І2 определяются			из системы уравнений
		.2		,	2 / C i ü i ü i
	Ä	1	1 +		Ко£г)
		?2=	I l	~	•
Для	случая загружения				гибкой	балки	(швеллер
№ 30)	сосредоточенной	силой			Р в	качестве	расчетной

схемы в первом приближении была принята бесконеч­

ная	балка.
	Коэффициенты С\ и с2 определялись из							следующей
системы		уравнений:			Р		I
		W (0) =
				4EJ	(а2	+ ß2)	. — ;
		ѵ	'				а
	W (/) =			e~al		I — cos RI + —		sin ß / l
	w	4£7(a2 + ß2)			U		ß	/
где	W (0) — натурная			осадка балки в ее середине в см;
	W	(/)—натурная		осадка		края	балки в	см,
а параметры а и р			определяются				по формулам:
		а = I/			Ci Ôi .		Со 6'
				I / - i - ^ - f ;
					4 £ /		AEJ'

РV

V 4EJ 4EJ'

где b' — ширина балки; /— ее полудлина.

Параметры моделей основания, определенные по дан­ ным испытаний грунта основания жесткими штампами,

приведены в табл. I I . 1, а те же параметры,						определенные
по	данным	испытаний		грунта	гибкой	балкой,—
в	табл. II.2.
	Сравнительный		анализ	результатов,		приведенных
в таблицах		II.1 и II.2, показывает			следующее:
	с увеличением		нагрузки	на испытываемую конструк­

цию (штампы или балки), лежащую на илистом основа­ нии (оз. Сиваш), значения параметров трех рассмотрен­ ных моделей уменьшаются;

с увеличением площади конструкции (в приведенных экспериментах — площади штампов) при одной и той

108

О давлен*

см ное2

д

s a

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,5

0,75

1

1,5

						Таблица 11,1
Параметры модели (при					Параметры модели
	F = 1000 сл2 )
					упругого полупро­ странства
Вин-	упругого полупро­ странства	с двумя уп­		Вин-		с двумя уп­
		ругими ха­
кле-		рактеристи­		клера		ругими харак­
ра		ками				теристиками
ft.	Е„,	Ci,	С г,	к,	Е„,			с ,
	кгс/см-					кгс/см	3	кгс/см
кгс/см3		кгс/см3	кгс/см	кгс/см3	кгс/см'1
0,435	10	0,416	0,68	0,400	30	0,416		0,68
0,435	10
0,156	3,5	0,12	0,52	0,39	30	0,12		0,52
0,154	3,5
0,138	3,1	0,060	0,25	0,179	13,5	0,06		0,25
0,14	3,1	0,035	12,2	0,06	4,6	0,035		12,2
0,103	2,3	0,081	0,455	0,084	6	0,081		0,455
0,093	2,3
0,073	1,7

П р и м е ч а н и е . F — площадь штампа.
						Таблица 11.2
				Параметры модели
Сосредото­		Среднее	Винклера	упругого	с двумя упругими
		удельное		полупрост­	характеристиками
ченная	сила	давление		ранства
Р в	кгс	в кгс/см''	ft.
				£„.			С2,
					кгс/см	3
			кгс/см?	кгс/см?			кгс/см
500		0,05	0,115	5,7	0,086		1680
1000		0,1	0,056	3,6	0,04		1150
1500		0,15	0,052	3,4	0,038		1120
2000		0,2	0,053	3,5	0,038		ИЗО
2500		0,25	0,04	2,7	0,03		990
3000		0,3	0,039	2,7	0,034		390
5000		0,5	0,020	1,5	0,018		303

же ступени нагрузки значения коэффициента постели модели Винклера уменьшаются, а значения модуля де­ формации модели упругого полупространства возра­ стают;

109

с уменьшением жесткости штампов, примененных при испытании илов (оз. Сиваш), значения коэффициента по­ стели модели Винклера и коэффициента сжимаемости грунта модели с двумя коэффициентами постели умень­ шаются, а значения модуля деформации основания Е0 модели упругого полупространства возрастают.

Модель Винклера, модель с двумя упругими характе­ ристиками и модель упругого полупространства были применены также для определения осадок земляной дамбы завода, лежащей на засоленных грунтах (илах оз. Сиваш). Дамба имеет длину 7300, наибольшую ши­ рину основания 39 и высоту 5 м.

В процессе возведения дамбы были замерены ее осадки при высотах 1,5; 3 и 5 ж. При этих же высотах были проведены расчеты с использованием трех рассмот­ ренных моделей основания для двух случаев: когда па­ раметры модели основания определяются по данным опытов по вдавливанию штампов (см. табл. II.1) и по данным опытов по загружению основания гибкой бал­ кой (см. табл. II.2).

Сравнение данных натурных наблюдений за осадка­ ми дамбы с расчетными значениями осадок (табл. ІІ.З) показывает, что по величине измеренные осадки зани­ мают промежуточное положение между осадками, рас­ считанными с использованием модели Винклера (зани­ женное значение) и с использованием модели с двумя коэффициентами постели (завышенное значение).

Наибольшее отклонение расчетных данных от натур­ ных (в 10—50 раз) получается при расчетах осадок дам­ бы с использованием модели упругого полупространства. Это связано прежде всего с тем, что значения модуля деформации основания Е0 были определены по данным испытания грунтов штампами и гибкой балкой, площадь которых значительно меньше площади дамбы, а как бы­ ло показано, значения модуля деформации Е0 возраста­ ют с увеличением площади. В связи с этим следует заме­ тить, что при использовании модели упругого полупрост­ ранства для расчетов больших в плане сооружений, лежащих на слабых глинистых грунтах, следует приме­ нять модуль деформации, увеличенный в M раз по срав­ нению со значением Е0, полученным при испытании грунтов штампами площадью F = 1000-=-10 000 см2. Од­ нако этот вопрос требует дополнительных эксперимен­ тальных исследований.

п о

:ота дамбы
2	4

« я

1,5

3

5

Осадки дамбы в см, определенные с использованием

					модели
		Конструкция			с двумя	упруги­	упругого по­
	(Г) о		Винклера				лупростран­
					ми параметрами
							ства
	X а		U7(o)* 1	U7(a)*»	W(o)	W(a)	W(o)	W(a)
	0,285	Штамп, F=1000 см2	2	2	18	8	ИЗО	—
		Штамп, F = 1 0 000 см2	2	2	18	8	259	—
		Балка-швеллер № 30	7	7	17	8	1280	—
	0,57	Штамп, F=1000 см2	4	4	31	16	1860	—
		Штамп, F = 1 0 000 см2	10	10	31	16	1260	—
		Балка-швеллер № 30	29	29	63	32	3350	—
	0,95	Штамп, F=1000 см2	9	9	24	12	4160	—
		Штамп, F=1 0 ООО см2	11	11	24	12	1610	—
		Балка-швеллер № 30	48	48	106	53	5580

*W(o) — осадка в середине дамбы.

**W(a) — осадка края дамбы.

Таблица 11.3

Натурные осадки в см

W(o)* W ( a ) «

21—23 5

38—40 10

64—68 14