2.2.Расчет активной зоны фундамента проектируемого сооружения.

Мощность активной (сжимаемой) зоны грунтов зависит, прежде всего от строения грунтового основания, от свойств грунтов. Сжимаемость грунтов изучается при компрессионных испытаниях в лабораторных условиях или при полевых “штамповых” испытаниях статической нагрузкой. Основные показатели свойств сжимаемости получают в эксперименте: модуль общей деформации Е₀, коэффициент сжимаемости а, коэффициент относительной сжимаемости а₀.

Мощность сжимаемой толщи (активной зоны) оценивается сравнением величин напряжений, возникающих в основании под нагрузкой от сооружения _{z (p)} и напряжений возникающих в грунте под собственным весом вышележащей толщи . Напряжение под дополнительной нагрузкой может быть определено двумя методами, по методу действия сосредоточенной силы или по методу “угловых точек” , где К₀ также как К коэффициент рассеяния напряжений, определяемый по таблицам [5]. Нижняя граница сжимаемой толщи в основании гражданских и промышленных зданий и сооружений находится на той глубине, где ордината эпюры дополнительных напряжений составляет 0,2 от природного давления (т.е. от ординаты напряжения под действием природного давления, напряжения возникающего под собственным весом грунта)

Если в пределах этой глубины залегают слабые грунты с модулем деформации Е₀<5 Мпа, то мощность активной зоны фундамента увеличивается и ее нижняя граница назначается из условия

Это положение базируется на том, что соответствует структурной прочности грунта при компрессионном сжатии.

По результатам оценки напряжений строится схема, включающая обобщенную геолого-литологическую колонку и эпюры напряжений (Рис. 2)

Расчетная схема оценки мощности активной зоны

Расчетная схема оценки мощности активной зоны.

DL-отметка планировки

NL-отметка поверхности природного рельефа

FL-отметка подошвы фундамента

УГВ-отметка уровня подземных вод

АС-отметка нижней границы активной зоны

Оценка мощности сжатия активной зоны используется при обосновании глубины выработок при изысканиях, при оценке прогнозной величины осадок и в целом ряде практических решений.

2.3. Расчет несущей способности грунтов в основании сооружения.

Практические способы расчета несущей способности грунтов в основании сооружения определяются нормативными документами (СНиП 2.02.01-83*)[1]. Исходными данными для таких расчетов являются:

-инженерно-геологическое строение основания сооружения (инженерно-геологические разрезы)

-наивысшие положения уровня грунтовых вод

-расчетные значения физико-механических характеристик грунтов основания (плотность минеральной части г/см³, плотность грунтов с естественной влажностью г/см³, угол внутреннего трения , удельное сцепление с кН

-тип фундамента, размеры подошвы его ширина  м, длина l м и глубина заложения d_n м.

Целью расчетов несущей способности грунтов является обеспечение прочности и устойчивости основания любого типа сооружений.

В общем случае вертикальную составляющую силы предельного сопротивления основания N_и, сложенного несколькими грунтами в стабилизированном состоянии СНиП 2.02.01-83* [1] рекомендует определять по следующей формуле:

N_и=b¹l¹(Nb¹+N_ggd+N_ccc),

где

b¹ и l¹-соответственно приведенные ширина и длина подошвы фундамента:

b¹=b-2l_bl, l¹=l-2l_е

l_и и l_е- соответственно эксцентриситеты приложения равнодействующей всех нагрузок в уровне подошвы фундамента, причем символом b обозначена сторона фундамента в направлении которой ожидается потеря устойчивости основания, при центральном приложении нагрузки b¹=b, l¹=l.

Коэффициенты N, N_g, N_c принимаются по таблице 1 в зависимости от расчетного значения и, при этом необходимо выполнение условия tg< sin

Коэффициенты , ,вносят поправку на соотношение сторон фундамента=l/b. При <1 принимается равным =1, при >5 фундамент рассматривается как работающий в условиях плоской задачи, тогда _у = _g= _c =1. В пределах между этими величинами поправочные коэффициенты рассчитываются по формулам: ,,

При высоком положении уровня подземных вод значение плотности нужно принимать с учетом взвешивающего действия воды

, где

- плотность грунта во взвешанном состоянии, г/см³, г/ м³

-плотность частиц грунта г/см³, г/ м³

-плотность воды, принимаемая, равной 10 кН/м³

е- коэффициент пористости грунта

Таблица 1.

Угол внутреннего трения грунта	Коэффициент	Коэффициенты N, Ng, Nc при углах наклона к вертикали равнодействующей внешней нагрузки , град. равных
		0	5	10	15	20	25	30	35
15 20 25 30 35	N Ng Nc N Ng Nc N Ng Nc NNg Nc NNg Nc	1,35	1,02	0,61	0,21	=14,5
		3,94	3,45	2,84	2,06
		10,98	9,13	6,88	3,94
		2,88	2,18	1,47	0,82	0,36	=18,9
		6,40	5,56	4,64	3,64	2,69
		14,84	12,53	10,02	7,26	4,65
		5,87	4,50	3,18	2,00	1,05	0,58	=22,9
		10,66	9,17	7,65	6,13	4,58	3,60
		20,72	17,53	14,26	10,99	7,68	5,58
		12,39	9,43	6,72	4,44	2,63	1,29	0,95	=26,5
		18,40	15,63	12,94	10,37	7,96	5,67	4,95
		30,14	25,34	20,68	16,23	12,05	8,09	6,85
		27,50	20,58	14,63	9,79	6,08	3,38	1,60	=29,8
		33,30	27,86	22,77	18,12	13,94	10,24	7,04
		46,12	38,36	31,09	24,45	18,48	13,19	8,63

Примечания: 1. В фигурных скобках приведены значения коэффициентов несущей способности, соответствующие указанным рядом значениям , полученным из условия tg <sin

2. -угол наклона равнодействующей нагрузки к вертикали.

Предельное сопротивление оснований, сложенных неконсолидированными пылевато-глинистыми грунтами, для прямоугольных фундаментов l<3b можно определить по формуле N_и=b¹l¹(N₊ N_g+ N_c), полагая и

Допущение =0 связано с предположением наибольшего значения порового давления в медленно уплотняющихся водонасыщенных грунтах и идет в запас прочности.

Вертикальную составляющую силы предельного сопротивления основания N_и, сложенного скальными грунтами определяют по формуле N_и=R_cb¹l¹, где R_с- прочность образца грунта на одноосное сжатие. Остальные обозначения те же [1,5]

Статистикой установлено, что если допустить под подошвой центрально нагруженного фундамента шириной b развитие зон предельного равновесия на глубину z_max=1/4b , то несущая способность основания остается обеспеченной.

В соответствии с действующими документами по проектированию введено понятие нормативного сопротивления грунта основания Rⁿ. Значение нормативного сопротивления определяют поставив в формулу R_кр=[1,5]

В СНиП 2.02.01-83* эта формула представлена в виде трехчленного выражения Rⁿ=Mb+ M¹d+M_cc, где M, М_g, М_с безразмерные коэффициенты, зависящие от угла внутреннего трения , значения их приведены в таблице 2.

Таблица 2

Угол внутреннего трения , град	Коэффициенты			Угол внутреннего трения , град	Коэффициенты
	М	Мq	Mc		М	Мq	Mc
0	0,0	1,0	3,14	24	0,72	3,87	6,45
2	0,03	1,12	3,32	26	0,84	4,37	6,90
4	0,06	1,25	3,51	28	0,98	4,93	7,40
6	0,10	1,39	3,71	30	1,15	5,59	7,95
8	0,14	1,55	3,93	32	1,34	6,34	8,55
10	0,18	1,73	4,17	34	1,55	7,22	9,22
12	0,23	1,94	4,42	36	1,81	8,24	9,97
14	0,29	2,17	4,69	38	2,11	9,44	10,80
16	0,36	2,43	4,99	40	2,46	10,85	11,73
18	0,43	2,73	5,31	42	2,88	12,51	12,79
20	0,51	3,06	5,66	44	3,88	14,50	13,98
22	0,61	3,44	6,04

В курсовом проекте должен быть четко обоснован выбор метода расчета несущей способности грунтового основания.