Деформация грунтов в основании зданий это

Деформация оснований и гидроэкологическое усиление грунтов. Деформация оснований

Во время строительства зданий и сооружений необходимо, что бы деформация оснований, фундаментов и надфундаментных конструкций была в пределах осуществления нормальной эксплуатации объектов и отсутствия недопустимых перемещений (трещины, садки, расстройство соединений, крены и т.д. ).

Вертикальные деформации основания подразделяются на:

Осадки — деформация, которая происходит в результате уплотнения грунта из-за внешних нагрузок и в некоторых случаях — собственного веса грунта, при этом не происходит коренного изменения его структуры;

Просадки — деформации, которые происходят в результате уплотнения и вместе с тем, коренным изменением структуры грунта под воздействием нагрузок, как внешних и собственного веса грунта, так и факторов, действующих дополнительно (замачивание просадочного грунта, оттаивание ледовых прослоек в замерзшем грунте и т.д.);

Набухание и усадки — это деформации, которые получаются при изменении объема глинистых грунтов из-за изменения их влажности, температуры — морозное пучение или химическое воздействие веществ.

Оседания — это деформации земной поверхности, которая получается при разработке полезных ископаемых, при изменении гидрогеологических условий, и т.д. В зависимости от причин возникновения деформации основания подразделяются на два основных вида.

• 1-й вид — деформации грунтов образованных в связи с нагрузками на основание передаваемых зданием или сооружением (садки, просадки).
• 2-й вид — деформации, не зависящие от нагрузки здания или сооружения, которые проявляются в виде горизонтальных и вертикальных перемещений поверхности основания (набухания и усадки, оседания, просадки грунта от собственного веса.)

Неравномерные деформации наиболее опасные для зданий и сооружений.

Изменение снижаемости обычных грунтов 1 типа по просадочности из-за неоднородности, выклинивания и непараллельности залегания отдельных слоев, наличие лина и других включений, неравномерного уплотнения грунтов, в т.ч. искусственных подушек, и т.д.;

Особенность деформирования основания как сплошной среды, которая проявляется, например, в том, что осадки основания происходят не только в пределах площадки загружения, но и за ее пределами;

Неравномерное увлажнение грунтов, в т.ч. просадочных, набухающих и засоленных в пределах деформируемой зоны основания;

Различие величин нагрузок на отдельные фундаменты, их размеров в плане и глубины заложения;

Неравномерное распределение нагрузок на территории в непосредственной близости от сооружения;

Нарушения правил производства строительных работ, приводящие к ухудшению свойств грунтов, ошибки, допущенные при инженерно-геологических изысканиях и проектировании оснований и фундаментов, также нарушение предусмотренных проектом условий эксплуатации здания и сооружения.

Для деформации основания 2-го вида:

Замачивание или существенное повышение влажности грунтов на площадках 2го типа по просадочности;

Подземные горные выработки;

Изменение температурно-влажностного режима некоторых видов грунтов (например, набухающих) изменение гидрогеологических условий площадки и т.д.; Влияние динамических воздействий (например, от проходящего по рядом расположенной дороге тяжелого транспорта).

Page 3

В зависимости от типа, назначения, конструктивных и технологических особенностей сооружения — с одной стороны, от особенностей геологического строения основания, физико-механических свойств грунтов и возможных их изменений в результате строительства и эксплуатации сооружения — с другой, сложность устройства оснований и фундаментов может быть различна. Этому соответствует широкая номенклатура типов фундаментов и способов улучшения строительных свойств грунтов оснований, обеспечивающая возможность строительства и нормальной эксплуатации любых сооружений в самых сложных инженерно0геологических условиях.

Однако стоимость, трудоемкость и длительность работ, связанных с устройством оснований и возведением фундаментов в сложных инженерно-геологических условиях, может составлять весьма значительную часть общих расходов на строительство сооружения. Поэтому всегда важно оценить технико-экономическую целесообразность размещения тех или иных сооружений в определенных инженерно-геологических условиях.

Очень важной составляющей всего комплекса являются инженерно — геологические и геотехнические изыскания на площадке предполагаемого строительства.

Необходимо всегда помнить, что изыскания проводятся для проектирования и строительства определенного сооружения или комплекса сооружений.

Поэтому программа изысканий должна учитывать специфические особенности проектируемых зданий и сооружений.

А рекомендации изыскателей содержать конкретную информацию, необходимую для проектирования и строительства именно этих зданий и сооружений.

Целесообразна, особенно в сложных инженерно-геологических условиях, тесная взаимосвязь между проектировщиками и изыскателями, что позволит своевременно вносить необходимые коррективы в программу изысканий, а в случае необходимости — и в проект сооружения. Это обеспечит повышение качества и сокращение продолжительности проектно-изыскательных работ.

Page 4

Источник: https://studwood.ru/1288382/geografiya/deformatsiya_osnovaniy_gidroekologicheskoe_usilenie_gruntov_deformatsiya_osnovaniy

Оценка прочности грунта основания под фундаментом

24.03.2014

Это длинная теоретическая статья, но, тем не менее, я рекомендую изучить ее всем, кто планирует самостоятельно заниматься проектированием фундамента своего дома.

Впрочем, при желании вы можете отказаться от полноценного проектирования и расчета фундамента и просто взять его параметры с большим запасом прочности.

Разумеется, это дороже, но тогда вам не придется внимательно читать эту статью.

Как происходят деформации основания под мелкозаглубленными фундаментами

Мелкозаглубленным фундаментом в данном случае мы будем называть фундамент глубиной не больше половины ширины. Если ширина фундамента составляет 40 см, его заглубление составляет не больше 20 см.

В начале нагружения грунты под действием веса фундамента сжимаются из-за перемещения частиц грунта вниз с небольшим отклонением от вертикали.

При этом зона деформации больше ширины фундамента и по ширине, и по глубине. Чем выше плотность грунта, тем больший его объем попадает в зону деформации.

Это хорошо, потому что при прочих равных давление на каждую точку большего объема будет меньше.

Если давление продолжает расти, у краев фундамента возникают области местного сдвига грунта, которые по мере роста давления становятся все больше.

Под самим фундаментом образуется плотное ядро, которое начинает смещаться вместе с фундаментом. Ядро отделено от окружающего грунта поверхностями скольжения или разрыва.

При движении ядро работает как клин – оно раздвигает грунт, который смещается вверх и в стороны. И вот это как раз очень плохо, потому в грунте возникают поверхности скольжения, которые выходят за пределы подошвы.

Грунт начинает выпирать из-под фундамента, основание теряет устойчивость, и фундамент перемещается. Привет, трещины в стенах!

Следует отметить, что осадка фундамента по мере роста давления увеличивается неравномерно.

Пока давление приводит к уплотнению грунта, осадка растет постепенно и практически пропорционально росту давления.

По мере развития деформаций сдвига осадка начинает увеличиваться быстро и достигает максимума к моменту потери устойчивости.

Деформации грунта в основаниях фундаментов средней глубины заложения

Фундаменты средней глубины заложения – это фундаменты, глубина заложения которого составляет от 0,5 до 2 значений ширины фундамента. Следовательно, для нашего фундамента шириной 40 см это от 21 до 80 см.

В этом случае деформации носят примерно тот же характер, но поверхность скольжения имеет несколько иную форму.

Поскольку в этом случае объем перемещающихся грунтов заметно больше, давление при котором начинается осадка (pпроп), и давление, при котором происходит выпирание грунтов (pразр), также должно быть заметно больше.

Деформация рыхлых песчаных грунтов

При строительстве фундамента на рыхлых песчаных грунтах разрушение основания происходит при небольшом давлении и большой осадке. При этом деформации происходят за счет уплотнения грунта, и выпирание из-под фундамента может и не происходить.

Деформация плотных песчаных грунтов

В плотных песчаных грунтах деформация наступает при большом давлении и небольшой осадке. Значение давления, при котором начинается осадка, возрастает по мере роста плотности грунта, а разрыв между pпроп и pразр сокращается.

Деформация пластичных глинистых грунтов

Деформации в пластичных глинистых грунтах очень похожи на описанные выше. Основание теряет устойчивость из-за так называемого вязко-пластичного выдавливания грунта.

Я уже писал, что значения деформации во многом зависят от скорости, с которой расчет нагрузка. Чем меньше скорость роста давления, тем большее давление может выдержать грунт без значительных деформаций.

Это связано с тем, что при медленном возрастании нагрузки грунт успевает уплотниться, что увеличивает его сопротивление деформациям.

Деформация твердых глинистых грунтов

Характер деформации твердых глинистых грунтов аналогичен таковому в плотных песчаных грунтах.

Сначала происходит уплотнение грунта и формирование ядра, а затем ядро расклинивает прилегающие к нему области грунта с образования плоскостей скольжения, и происходит выпирание.

При этом деформирующим силам приходится преодолевать сопротивления грунта, которое велико.

Деформация грунтов в фундаментах глубокого заложения

Под фундаментами глубокого заложения мы понимаем фундаменты, глубина заложения которых превышает ширину более чем в 2 раза.

Под такими фундаментами также происходит уплотнение грунта и образование плотного ядра, но расклиниванию и смещению частиц в стороны и вверх препятствует так называемая пригрузка грунта, который залегает над подошвой фундамента.

Чем больше глубина заложения фундамента, тем больше пригрузка и тем большее давление требуется для расклинивания. Из-за этого грунт практически никогда не выпирает на поверхность: вместо этого деформации наблюдаются в замкнутом объеме.

Перемещающиеся частицы просто уплотняют окружающий грунт, и явной потери устойчивости фундамента нет.

Предельное давление можно установить по увеличивающейся осадке фундамента, который вместе с частью уплотненного основания просто вдавливается в расположенный ниже грунт.

Цифры и графики

Дальше начинается скучное, но важное

В свое время Н.А Цытович установил, что существует две фазы напряженного состояния грунтов:

• Фаза 1 — уплотнение и локальные сдвиги грунтов. Уплотнение преобладает, пластическими деформациями можно пренебречь;
• Фаза 2 – развитие значительных сдвигов грунта.

Если прекратить нагружать основание в пределах фазы 1, то при любом давлении осадка постепенно затухает. Грунты просто уплотняются до какого-то предела и все.

Со второй фазой все гораздо сложнее. Если нагружение фундамента доходит до фазы 2, в изменениях осадки можно выделить три этапа:

• постепенное снижение скорости осадки;
• изменение осадки с постоянной скоростью;
• затухание осадки, либо рост деформаций, приводящий к окончательной потере устойчивости основания.

На представленном ниже графике эти фазы показаны более наглядно. Обратите внимание на кривую, объединяющую b3 b4 b5 – она показывает, на каком этапе основание фундамента окончательно потеряет прочность.

Таким образом, прочность грунта оценивается начальным критическим давлением pнач-кр и критическим давлением pкрит.

Начальное критическое давление – это давление, при котором первая фаза деформации переходит во вторую.

Таким образом, давление ниже начального критического можно считать безопасным.

Давление pразр можно считать предельным. В диапазоне от начального критического до предельного давления грунты смещаются, но основание не теряет устойчивости. При превышении предельного давления произойдут очень значительные, лавинные сдвиги грунта.

Существует формула, по которой рекомендуется рассчитывать начальное критическое давление:

pнач-крит = (π/(ctg φ11 – π/2+ φ11) )*(γ`11*d + c11/tg φ11 + zmax* γ11),

где:

• γ `11 – усредненная плотность грунтов, залегающих выше подошвы фундамента;
• d – глубина заложения фундамента;
• γ11 – усредненная плотность грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента;
• φ11 – угол внутреннего трения грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента;
• с11 – удельное сцепление грунта, залегающего ниже подошвы фундамента (для песчаных грунтов – параметр линейности);
• zmax – максимальная ордината развития области предельного равновесия в грунте основания (принимается как 0,25b, где b – ширина подошвы фундамента).

Несмотря на кажущуюся сложность, формула является упрощенной.

Фактически она дает решение для условий плоской задачи, когда основание фундамента однородно, а вертикальная нагрузка равномерно распределена по всей площади фундамента. Эти условия похожи на условия, в которых работают ленточные фундаменты.

Формула отражает несколько упрощенную картину. Так, в ней приняты следующие допущения:

• фундамент находится на поверхности массива грунта;
• удельный вес грунта, расположенного выше уровня подошвы фундамента, замене пригрузкой;
• не учитывается трение грунта по подошве фундамента;
• давление не зависит от жесткости фундамента и распределяется равномерно.

Таким образом, предельное начальное давление, рассчитываемое по этой формуле, является несколько заниженным.

Источник: http://usadba.guru/fundament/otsenka-prochnosti-grunta-osnovaniya-pod-fundamentom.html/

Лекция 3. ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ В ГРУНТЕ Фазы деформаций грунта под фундаментом

Решение задачи определения напряжений в грунте необходимо для установления условий прочности и устойчивости грунтов и определения их деформаций (например, осадок).

При решении вопроса о распределении напряжений в грунтах в Механике грунтов применяют теорию линейно-деформируемых тел.

То есть для определения напряжений могут быть применены уравнения и зависимости теории упругости, базирующиеся на линейной зависимости между напряжениями и деформациями (закон Гука).

Однако при применении закона Гука для грунтов необходимо условиться об ограничениях, поскольку в грунтах возникают не только упругие, но значительные остаточные деформации.

Общая зависимость между деформациями и напряжениями. принцип линейной деформируемости

В основу теории распределения напряжений в грунтах кладётся зависимость между относительными деформациями ε и нормальными напряжениями.

В общем случае (согласно опытам) зависимость между деформациями и напряжениями для грунтов будет нелинейной: σ

Однако в определенном интервале напряжений (при не очень больших изменениях внешних давлений – порядка 1÷3 кг/см2) с достаточной для практических целей точностью зависимость между деформациями ε и нормальными напряжениями σ может приниматься линейной (спрямлённый участок оа на кривой, рис. 1).

Сформулируем принцип линейной деформируемости для грунтов: при небольших изменениях давлений грунты можно рассматривать как линейно-деформируемые тела, то есть зависимость между общими деформациями и напряжениями для грунтов может быть принята линейной: σ = Е · ε.

НАПРЯЖЕНИЕ, ПЕРЕДАВАЕМОЕ ГРУНТУ ПО ПОДОШВЕ ФУНДАМЕНТА

Это напряжение не остается по глубине постоянным, а в некоторой области грунтовой толщи рассеивается.

Для решения задач о распределении напряжений применяют уравнения теории упругости, рассматривая грунты как тела однородные, изотропные и линейно-деформируемые, подчиняющиеся закону Гука.

Для оснований гражданских и промышленных зданий назначают такую величину допустимых напряжений, при которой в грунте не возникают пластические (остаточные) деформации.

Изменение напряжений σ по различным вертикальным (z) и горизонтальным (x) сечениям характеризуется эпюрами σz и σx (рис. 2). Как видно из рисунка, напряжения в грунтовой толще изменяются, как непрерывные функции от σmax до σmin как по вертикальному, так и по горизонтальному направлению.

В напряженной зоне грунта имеются точки с одинаковыми напряжениями, через которые можно провести линии (т.н. кривые равных напряжений). Например, линии, проходящие через точки с одинаковым вертикальным напряжением σz, называются изобарами.

В сжимаемой толще можно провести какое угодно число изобар (в зависимости от того, какие по величине напряжения соединяются линиями).

Например, если к поверхности грунта приложена распределенная полосовая нагрузка интенсивностью p, то семейство изобар будет выглядеть следующим образом:

Семейство изобар принято называть «луковицей напряжений». Построение «луковиц напряжений» полезно при оценке напряженного состояния в основаниях сооружений: подобное изображение наглядно иллюстрирует изменение напряжений в грунте под нагрузкой.

Фазы деформаций грунта под фундаментом

Закономерность нарастания осадок с постепенным увеличением статической нагрузки характеризуется графиком:

Этот график имеет три характерных участка (oa, ab и bc на графике, рис. 4).

Начальный участок о имеет пологое очертание и согласно принципу линейной деформируемости может быть заменён прямой. Деформация на участке прямой называется фазой уплотнения (рис. 5).

Рис. 5. Фаза уплотнения

В фазе уплотнения происходит более плотная укладка частиц грунта за счёт уменьшения объёма пор.

Ни в одной точке основания касательные напряжения по своей величине не превосходят сил внутреннего сопротивления грунта сдвигу, то есть повсюду существует состояние устойчивого равновесия грунта (τ < τпр).

Второй участок ab графика характерен значительной кривизной, где линейная зависимость σ – S нарушается. Здесь темп нарастания деформаций значительно опережает темп нарастания нагрузок.

Обусловлено это тем, что как только нагрузка преодолеет значение σ1 (рис. 4), в некоторых зонах «1» (рис. 6) возникнут напряжения, характеризуемые состоянием предельного равновесия (τ = τпр), возникнут пластические, остаточные деформации.

По мере дальнейшего возрастания нагрузки области пластических деформаций расширяются, образуя зоны «2». Когда нагрузка достигает некоторого значения σ2 (рис. 4), пластические деформации распространяются на всю область основания (зоны «3»).

Деформация на участке ab называется фазой сдвигов (рис. 6).

Рис. 6. Фаза сдвигов

Конечный участок bc соответствует моменту нарушения равновесия грунта (τ > τпр) и выпирания его из-под фундамента. Деформация на участке bc называется фазой выпирания (рис. 7).

Рис. 7. Фаза выпирания

Таким образом, при возрастании нагрузки на грунт необходимо различать две характерные её величины, при достижении которых резко меняется поведение грунта:
— первую, соответствующую началу перехода фазы уплотнения в фазу сдвигов – то есть фазу зарождения и развития зон предельного напряженного состояния;
— и вторую, когда исчерпывается несущая способность грунтового основания и наблюдается полное развитие зон предельного равновесия, при котором даже весьма незначительное увеличение нагрузки приводит грунт к потере прочности и устойчивости (к разрушению).

Список литературы, использованной при подготовке лекции:

1. Бартоломей А.А. Механика грунтов: Учеб. издание/ АСВ, Москва, 2004;
2. Малышев М.В., Болдырев Г.Г. Механика грунтов. Основания и фундаменты (в вопросах и ответах) / Учебное пособие. – М.

   : Издательство Ассоциации строительных вузов, 2004;

3. Тер-Мартиросян З.Г. Механика грунтов/ Учебное пособие. – М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2005;
4. Цытович Н.А.

   Механика грунтов (краткий курс): Учебник для строит. вузов. – М.: Высш. шк., 1983.

5. Проектирование фундаментов зданий и подземных сооружений: Учеб. пособие/ Под ред. Б.И. Далматова; 2-е изд. – М.

   : Изд-во АСВ; СПб.: СПбГАСУ, 2001.

Список литературы, рекомендуемой студентам по данной теме:

1. Далматов Б.И. Механика грунтов, основания и фундаменты. – М.: Стройиздат, 1988;
2. Цытович Н.А. Механика грунтов (краткий курс): Учебник для строит. вузов. – М.: Высш. шк., 1983;
3. Бартоломей А.А. Механика грунтов: Учеб.

   издание/ АСВ, Москва, 2004;

4. К.З. Игнатенко, Т.Н. Пронкина. Механика грунтов. Методические указания к изучению дисциплины. Владивосток, ДВГТУ, 1997;
5. К.З. Игнатенко, Т.Н. Пронкина. Механика грунтов. Методические указания к выполнению лабораторных работ.

   Владивосток, ДВГТУ, 1998.

26.11.2010

Источник: http://www.zimbelmann.ru/education/soil-mechanics/lessons/lessons_20.html

Деформации зданий и сооружений

При проектировании фундамента предполагаются осадки и деформации основания, при условии, что их величина не превысит предельные значения деформаций (установлены Приложением 4 СНиП 2.02.01-83*):

* — относительная разность осадок  — отношение разности в осадке двух участков фундамента к расстоянию между этими участками.

Превышение предельных деформаций основания

Превышение предельных значений деформации или неравномерность осадки влечет за собой деформации, перемещения, и, в крайнем случае, разрушения дома (сооружения).

Виды деформаций

Различают следующие виды деформаций дома (сооружения):

• выгиб, прогиб – искривления сооружения. Опасная зона растяжения при выгибе расположена в верхней части дома, при прогибе  — в нижней. Возникают в зданиях и сооружениях, не обладающих большой жесткостью. Чем больше жесткость сооружения, тем меньше величина прогиба/выгиба;
• перекос  — возникает в конструкциях вследствие неравномерных осадок на участке небольшой протяженности;
• крен –возникает в относительно высоких зданиях при значительной изгибной жесткости строения. Рост крена – опасен для здания и может привести к его последующему разрушению;
• скручивание – возникает при разном крене по длине сооружения. Напряжения развиваются как в элементах стен, так и в конструкциях перекрытий;
• горизонтальные перемещения — возникает в фундаментах, в подпорных стенках  или в стенах подвалов, при воздействии на них горизонтальных усилий.

Причины неравномерных осадок:

• неоднородное основание —  сложено из пластов разной плотности или толщины;
• избыточное увлажнение части основания;
• неравномерная нагрузка на основание;
• возведение отдельных частей дома в разное время;
• увеличение пористости грунта основания вследствие перемещения частиц грунта водяными потоками;
• в грунте имеются материалы, подверженные гниению (древесина, корни деревьев и т.д.);
• удаление излишнего грунта при рытье котлованов и траншей для строительства фундамента, т.к. выравнивающая подсыпка, уложенная взамен излишне удаленного грунта, имеет прочность ниже прочности нетронутого грунта;
• уплотнение грунта в связи с увеличением веса в процессе эксплуатации дома;
• изменение уровня подземных вод (грунтовых или производственных);
• выполнение подземных выработок;
• нарушение систем водоснабжения, отопления, канализации и отвода дождевой воды, что приводит к вымыванию грунта из-под дома.

 Устранение неравномерных осадок:

• расчет площади подошвы фундамента, соответствующей предполагаемым нагрузкам;
• проектирование дома, исходя из необходимости равномерной передачи нагрузки от веса дома на основание;
• увеличение изгибной жесткости короткого дома, уменьшение изгибной жесткости длинного дома;
• горизонтальное армирование стен;
• устройство деформационных и осадочных швов;
• строительство компенсирующего фундамента;
• придание дому или его отдельным частям строительного подъема, со­ответствующего величине прогнозируемой осадки;
• проведение профилактики систем отвода дождевой воды, водоснабжения и канализации.

Устранение деформации и неравномерных осадок основания фундамента увеличивает прочность дома.

Источник: http://podomostroim.ru/deformacii-zdanij-i-sooruzhenij/