Определение несущей способности основания

По мере загружения фундамента наблюдаются две критические нагрузки: нагрузка соответствующая началу возникновения в грунте зон сдвига и окончания фазы уплотнения, и нагрузка, при которой под нагруженным фундаментом сформировываются сплошные области предельного равновесия, происходит потеря устойчивости грунтов основания и исчерпывается его несущая способность.

Начальная критическая нагрузка р_кр соответствует случаю, когда в основании под подошвой фундамента возникает предельное состояние. Эта нагрузка ещё безопасна в основаниях сооружений, так как до её достижения грунт всегда находится в фазе уплотнения.

При нагрузках, меньших начальной критической, во всех точках основания напряжённые состояния допредельные и деформируемость грунта подчиняется закону упругости (Гука). Следовательно, для определения начальной критической нагрузки могут быть использованы решения теории упругости.

Определение р_кр дано в решении В.В. Пузыревского. Грунт рассматривается как однородное, изотропное тело.

, (7)

где - удельный вес грунта под подошвой фундамента; - глубина заложения фундамента; - угол внутреннего трения грунта под подошвой фундамента; - удельное сцепление грунта под подошвой фундамента. Но т.к. фундамент в скважине №1 опирается на слой 2, то берётся средний удельный вес грунтов, который рассчитывается по формуле

где ₁ - удельный вес грунта слоя 1; ₂ - удельный вес грунта под подошвой фундамента; ₁ - глубина слоя 1; - глубина заложения фундамента

Теперь можно рассчитать критическую нагрузку,

С-1: 169,69 кПа

С-2: 175,22 кПа

Давление, равное р_кр или меньше его, рассматривается как абсолютно безопасное давление на основание.

Строительные нормы СП 22.133300 [3] допускают развитие пластических деформаций в краевых участках фундаментов на глубину 0,25 ширины фундамента . Такая нагрузка соответствует расчётному сопротивлению грунта, которое определяется по формуле

(8)

Численные значения коэффициентов , и приведены в [4, прил. 3].

С-1: = 233,26 кПа

С-2: = 185,55 кПа

При увеличении нагрузки на основание сверх р_кр в грунтах основания формируются области предельного состояния, грунты теряют свою несущую способность и развивается незатухающая провальная осадка, сопровождаемая выпором грунта в стороны и на поверхность в случае неглубокого заложения фундамента. Такое состояние не допустимо для любого сооружения. Предельную нагрузку рассчитывают по формуле

, (9)

где , и - коэффициенты несущей способности грунта основания, зависящие от угла внутреннего трения, приведены в [4, прил. 3]; , , и - параметры те же, что и в формуле (7).

С-1: = 769,81 кПа

С-2: = 431, 49 кПа

Величина вертикального давления фундамента на грунт рассчитывается по формуле

P = F / S, (10)

где F - вертикальная нагрузка на уровне подошвы фундамента, кН, приведенная в табл. 2 в соответствии с номером варианта, S – площадь поперечного сечения фундамента.

P = 4500 / (3 * 2,5) = 600 кПа

Вывод: т.к. расчетное сопротивление грунта R= 233,26 кПа меньше чем нагрузка на основание Р = 600 кПа, то необходимо уменьшить нагрузку на основание, либо увеличить глубину заложения фундамента, либо увеличить площадь фундамента. Из предложенного выбираю уменьшить нагрузку.

F = R * S = 233,26 * 3 * 2,5 = 1391,7 кН.