CC BY
12Устич А. А., аспирант, Черныш А. С., канд. техн. наук, проф. Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова
РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ГРУНТА ПРИ УСТРОЙСТВЕ ФУНДАМЕНТОВ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ
gkadastr@m ail.ru
Статья о существующих эффективных конструкциях фундаментов мелкого заложения, рассматривается новая конструкция фундаментной плиты ленточного фундамента мелкого заложении и методика её расчета.
Ключевые слова: фундамент мелкого заложения, напряженно-деформированное состояние грунта, расчетное сопротивление, зоны пластических деформаций, ограничители, выступы._
Сегодня в крупных городах нашей страны наблюдается тенденция увеличения этажности жилых зданий. Однако в среднем по регионам этажность составляет - 15 этажей. При наличии сравнительно хорошего основания для жилых зданий с бескаркасной конструктивной схемой наиболее выгодным будет применение ленточного фундамента мелкого заложения. Основным минусом данного фундамента является повышенный расход материала в сравнении с несущей способностью. Для устранения этого недостатка, на наш взгляд, наиболее эффективным является способ регулирования напряженно-
деформированного состояния грунта под подошвой фундамента. Разработано уже достаточно много конструкций ленточных фундаментов, в основу работы которых положен этот способ: фундаменты-оболочки, арочные фундаменты, Т-образные фундаменты с расклиниваемыми опорными блоками, прерывистые фундаменты, фундаменты с угловыми вырезами. В качестве основного направления на данный момент положено применение прерывистых фундаментных плит или плит с изменённой формой краевой зоны в
плане [3] (рис. 1). Применение подобных конструкций несомненно приводит к снижению расхода материала, однако при этом в определенной степени снижается жесткость конструкции в целом.
Рис. 1 Фундамент с ломаным очертанием краевой зоны Несущая способность фундамента характеризуется его осадкой, причем общая осадка складывается из осадки уплотнения и осадки бокового выпирания. Общепризнано, что с уменьшением ширины подошвы и глубины заложения фундамента, наблюдается увеличение влияния боковой составляющей осадки на её общее значение (рис. 2)[2]. Очевидно, если уменьшим эту составляющую, то снизим величину общей осадки, а как следствие - увеличим несущую способность.
Рис. 2. Схемы влияния боковой составляющей деформации грунта на общую осадку основания, в зависимости от
ширины подошвы фундамента
В связи с этим было принято решение о разработке конструкции ленточного фундамента мелкого заложения с регулировкой глубины зарождения зон пластических деформаций, что повысит несущую способность фундамента при одной и той же ширине подошвы. Изначально в основу конструкции было положено применение треугольных выступов по подошве по предложенной модели Кудрявцева, Лекумовича и Луч-ковского [1] (рис. 3). Но в процессе работы был отмечен один серьёзный недостаток данной кон-
струкции - проблема изготовления фундамента в монолитном исполнении на строительной площадке, и сложность обеспечения проектного положения при монтаже элементов подушки в сборном варианте.
Недостаток устраняется применением подушки с прорезями 1 вдоль боковых сторон (рис. 4), в которые при необходимости вводятся ограничители боковых перемещений грунта под подошвой фундамента из сборных элементов 2, напоминающих шпунт, или нагнетается закреп-
ляющий состав. Пилягин А. В., и Глушков Е. В., в своей работе, посвященной изучению влияния применения шпунтовой обоймы по периметру фундамента, рассматривали зависимость несущей способности основания, от глубины погружения шпунта Н, причем минимальная глубина забивки составляла 1.66Ь, где Ь-ширина подошвы фундамента [4]. В рассматриваемом случае выступы погружаются на глубину не более 0,3Ь. Несущая способность фундамента при этом увеличивается до 25%, в сравнении с обычной плитой. Немаловажно и то, что можно применять плиту данной конструкции и без выступов, а последние будут вводиться по мере необходимости в процессе эксплуатации или при реконструкции, либо с целью уменьшения неравномерности осадок по длине фундамента.
Был проведен ряд модельных испытаний деревянных штампов на песчаном основании. В результате были получены зависимости осадки от нагрузки в табличном виде. На основании анализа полученных зависимостей получили представление об увеличении несущей способности штампа при применении выступов. Возникает вопрос о том, как определять расчетное сопротивление основания под фундаментом рассматриваемой конструкции.
Рис. 3. Поперечное сечение ленточного фундамента мелкого заложения с треугольными выступами
Рис. 4. Эскиз конструкции фундамента мелкого заложения с ограничителями боковых деформаций
В практике строительства основным является расчет оснований по деформациям. Расчетное сопротивление грунта определяется формулой:
я =
Го1Го2
к
ММ^ + + (М " ^ъУ п + Мсе
( 1)
В формулу входят три коэффициента:
-- (2)
0,25-
М-- ,М, =■
^ф + ф- —
М„
с%ф + ф-~
Причем связь между величинами может быть выражена равенством:
М = 0,25 - М = 0,25 - ^ф- Мс
(3)
Принимая во внимание то, что с введением выступа, в работу вовлекаются нижележащие слои грунта, можем допустить увеличение глубины развития зон пластических деформаций. В связи с этим увеличивается значение величин М , входящих в формулу определения расчетного сопротивления
М; = Ы1 - Кб2, (4)
где коэффициент Кв2 определяется как отношение глубины развития пластических деформаций грунта под фундаментом с выступами^выст) к глубине развития пластических деформаций грунта для плоского фундаментам^™)-
Увеличение глубины развития зон пластических деформаций обуславливается величиной коэффициента Кв1, определяющегося как:
^выст
- (5), где
К в1 =
Я
пред
пвыст
Япред -предельная критическая нагрузка на осно-
1 т>плоск
вание для фундамента с выступами, Я - предельная критическая нагрузка для фундамента традиционной конструкции. Коэффициент Кв1 зависит от соотношения ширины фундамента и глубины погружения выступа-ограничителя. Зависимость может быть представлена в виде:
Н
К Л = 1 + 0,49( - )0,5 Ь
или Кв1 = 1 + 0.5
Коэффициент Кв1 можно использовать при определении расчетного сопротивления грунта, что позволяет уменьшать размеры фундамента при проектировании или увеличивать нагрузки на фундамент при реконструкции.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. А. С. СССР № 1294916, МПК Е 02 D27/00 "Фундамент" БИ № 9, 1987 г.
2. Васильев Б.Д. Основания и фундаменты.-Ленинград: Государственное издательство по строительству и архитектуре, 1955-383 с.
3. Евтушенко С. И., Крахмальный Т. А. Конструирование опорных плит ленточных фундаментов с ломаным очертанием краевой зоны. Научно-технический журнал Вестник МГСУ, №5, 2011, периодическое научное издание. Москва, МГСУ.
4. Пилягин А. В., Глушков В. Е. Усиление оснований фундаментов путем взятия грунта в обойму. Фундаменты и заглублен. сооруж. при реконструкции и в стеснен. условиях стр-ва. Матер. Науч.-техн. конф.. Л., 1988 г.
