К фундаментам глубокого заложения следует отнести те, у которых соотношение глубины их заложения к ширине d/b ≥ 2. В этом случае выпирание грунта из-под фундамента не происходит и области ПНС локализируются внутри грунтового массива у боковых поверхностей фундамента. К таким следует отнести буровые опоры, буронабивные и забивные сваи, др. В основании таких конструкций формирование НДС существенно отличается от характера формирования НДС в основании фундаментов мелкого заложения, где пока поверхность грунта близка и оказывает существенное влияние на этот процесс. Из практики известно, что на сопротивление внедрению зонда не влияет поверхность грунта, начиная с глубины порядка 1 м.
Механизм внедрения фундаментов глубокого заложения формируется в основании и вокруг подошвы фундамента (рис. 8.7, а) глубокого заложения (ФГЗ).
Очевидно, что внедрение ФГЗ сопровождается отжатием грунта вниз и в основном в сторону. Такой механизм по М.И. Горбунова-Посадова можно представить в виде схемы (рис. 8.7, б).
Согласно рис. 8.7, выпор грунта возможен, если выдавливающая сила F при внедрении конуса превышает сопротивление трению T и сопротивление упругого отпора окружающего грунта.
Решение такой задачи рассмотрим на примере осесимметричной задачи.
В первую очередь следует предположить, что при внедрении ФГЗ под ним образуется предельное состояние, вследствие чего грунты выдавливаются в стороны, аналогично тому, что происходит в условиях трехосного сжатия образца (рис. 8.8). Рассмотрим НДС цилиндра единичной длинны грунта начальным диаметром 2r1 и окружающего массива на глубине z от поверхности.
Тогда условие предельного состояния запишется в виде:
где p2 - неизвестное реактивное напряжение, препятствующее боковому расширению грунта.
Выдавливаемый в стороны грунтовый цилиндр образует кольцо радиусом
где εv - объемная деформация цилиндра радиуса r1 причем
Перемещение грунта вокруг цилиндра радиусом r1 происходит за счет упругого (или упругопластического) отжатая грунтов. В случае упругого отжатия имеем:
После некоторых преобразований получаем следующее выражение для р2
Подставляя это выражение в (8.40), получим окончательную зависимость предельной критической нагрузки R на внедрение ФГЗ на глубине z от поверхности земли.
Особенность рассмотренного выше решения заключается в том, что оно содержит не только параметры прочности грунта φ и с, но и также параметры деформируемости окружающего массива грунта E и v, кроме того, оно содержит соотношение диам ФГЗ (сваи) и зоны его влияния К.
При К → ∞ получим
Таким образом, окончательно имеем для критического сопротивления внедрения ФГЗ:
где р2 - определяется по (8.43).
Полученное решение может быть использовано для определения лобового сопротивления свай, а также ФГЗ небольшого диаметра (до 1 метра).
Рассуждая таким образом, можно утверждать, что предельная нагрузка на грунтовое основание также существенно зависит от модуля деформации грунтов основания, т.к. на процесс выпирания грунтов в стороны следует преодолеть и упругий отпор грунтовой среды, причем чем глубже заложение фундамента, тем больше это сопротивление.
Наличие жесткого подстилающего слоя также может оказать существенное влияние на предельную нагрузку на грунтовую среду.
Однако, эти задачи чрезвычайно сложны как в постановочной части, так и по части математического решения.