К вопросу влияния геологических условий
на несущую способность анизотропных грунтовых
оснований и осадки фундаментов
О.А. Коробова
к.т.н.,
докторант Алтайского
государственного технического
университета им. И.И. Ползунова,
г. Барнаул
По данным экспериментально-теоретических исследований грунтов Новосибирска и Барнаула была
проведена оценка влияния изменения режима грунтовых вод на несущую способность анизотропных грунтовых оснований
и осадки фундаментов. Исследованиями было установлено, что повышение горизонта грунтовых вод непосредственно
у подошвы и в пределах заглубления фундаментов приводит к увеличению областей пластических деформаций под их краями.
Эти данные хорошо согласуются с результатами исследований других авторов (например, П. Л. Иванова [2]), занимавшихся
проблемами подтопления территорий и обводнения массивов изотропных грунтов.
В случае анизотропных грунтов эта закономерность становится еще более очевидной, так как сжимающие напряжения
от собственного веса грунта уменьшаются, вследствие учета взвешивающего действия воды (грунт находится в обводненном
состоянии).
При возможном обводнении грунта основания величина g в зависимостях (1) и (2) заменяется на gsb:
P1/4 = p Ч(gЧh + 0,25ЧbЧg + c/tgj)/(ctgj – p/2 + j) + gЧh, (1)
R
= gc1Чg2/k Ч (MgЧkzЧbЧg + MqЧhЧg` + McЧc). (2)
Зависимость (2) записана в виде, представленном в СНиП 2.02.01-83* [1].
В рассмотренном выше случае, а также при наличии пригрузки грунта, величина расчетного сопротивления R
значительно снижается.
Если грунт обладает деформационной анизотропией, то при подстановке в формулы (1) и (2) вместо b – ширины
подошвы фундамента, расположенного на изотропном грунте, значения ba – ширины подошвы фундамента, расположенного
на изотропном основании, то величина R еще более уменьшится.
Фиксированному значению j(y) (j – угол внутреннего тре-ния, y – угол сдвига) для определенного вида грунта основания
соответствуют различные значения внешних нагрузок (давлений p = R), зависящие от показателя анизотропии a = Еz/Ex.
По полученным в результате расчета графикам устанавливается изменение величины давления pa = Ra в случае анизотропного
основания по сравнению с изотропным (p=R, при a=1). Значения R вычисляются по СНиП 2.02.01-83* [1]. При известном значении
внешней нагрузки N на уровне подошвы фундамента, ширина b подошвы фундамента, расположенного на поверхности изотропной
полуплоскости, определится по зависимости:
b = N/R, (3)
а для анизотропной полуплоскости:
ba = N/Ra, (4)
или
ba = bЧR/Ra. (5)
Таким образом, установив размер подошвы фундамента b по обычной методике расчета (без учета анизотропных свойств грунта)
и соотношение R/Ra = p/pa по графикам, мож-но определить значение ba.
Соотношениями R/Ra или ba/b оценивается эффект учета анизотропных свойств грунта основания.
В результате обводнения грунта наблюдалось снижение прочностных характеристик, что привело к уменьшению расчетного
сопротивления в 1.9–2.0 раза, а в целом, и к сниже-нию несущей способности оснований. Учет анизотропии оказывает
существенное влияние на величину расчетного сопротивления грунтового основания R, изменяя его значение в 1.5-3.0 раза.
Для лессовых просадочных грунтов эта тенденция еще более усугубляется.
Заметно влияние повышения уровня грунтовых вод и на осадки фундаментов, причем, при учете деформационной анизотропии,
например для лессового просадочного грунта, с увеличением влажности происходит уменьшение значений модулей деформаций,
как в вертикальном, так и в горизон-тальном направлениях, а также уменьшение величины пока-зателей анизотропии.
Уменьшение модуля деформации обводненного грунта приводит к увеличению деформаций оснований зданий: так для одного из
предприятий г. Новосибирска осадка грунта при естественной влажности составила S = 0,040 и 0,030 м, а при обводнении
грунта – Sобв = 0,078 и 0,055 м. Осадки фундаментов, в случае обводненного грунта, увеличились приблизительно на 50%
по отношению к осадкам грунта естественной влажности.
При учете деформационной анизотропии (особенно при показателе деформационной анизотропии a > 1), расчетная осадка может
намного превысить предельно допустимую по СНиП 2.02.01-83* [1], что и произошло в рассматриваемом случае, причем,
относительная разность осадок также значительно превысила предельно допустимую
по СНиП 2.02.01-83 *[1]: (DS/L) = 0,0072 > (DS/L)u = 0,002.
В случае подтопления и обводнения лессовых просадочных грунтов дополнительные осадки или просадки проявляются
еще сильнее, а если учесть ярко выраженную анизотропию их деформационных свойств (например, для исследованных
лессовых грунтов г. Барнаула показатель деформационной анизотропии a = 1,97 [3]) , то в этом случае деформация
основания может привести здание или сооружение в аварийное состояние.
Литература:
1. СНиП 2.02.01 – 83*. Основания зданий и сооружений // Госстрой России. – М.: ГУП ЦППП, 1999. – 48 с.
2. Иванов П. Л. Грунты и основания гидротехнических сооружений. Механика грунтов. – М.: Высшая школа, 1991. – 447 с.
3. Коробова О.А. Обобщение результатов экспериментальных исследований деформационной анизотропии лессовых грунтов
/Труды НГАСУ. – Новосибирск, 1999. – № 4 (7). – С.97 – 102./
|
