8.6 Сжимаемость грунтов. Модуль деформации. Неравномерность осадок
Модуль общей деформации Е (МПа, т/м2) – характеристика, аналогичная модулю упругости упругих тел, и представляет собой коэффициент пропорциональности между напряжениями и общими деформациями грунтов. Это одна из основных характеристик сжимаемости грунтов. Определяется она лабораторными или натурными испытаниями грунтов под нагрузкой. Без знания модулей деформации грунтов невозможно рассчитать осадку фундамента.
К малосжимаемым грунтам относятся крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем плотным и средней плотности, а также глины твердой консистенции в водонасыщенном состоянии с модулем деформации:
E > 50 МПа = 50 000 кПа (≈ 500 кгс/см2 = 5 000 т/м2).
За слабый принято считать грунт с модулем деформации: E < 5 МПа = 5 000 кПа (≈ 50 кгс/см2 = 500 т/м2)
Разность осадок здания или сооружения зависит от степени изменчивости сжимаемости грунтов основания (отношения модулей сжимаемости Емакс / Е мин в пределах здания).
Грунты основания считаются однородными – мало изменчивыми в отношении сжимаемости, если удовлетворено одно из условий:
Е мин ≥ 200 кг/см2 ( ≈ 20 МПа);
Емакс / Е мин = 1,8 ÷ 2,5 при Е мин = 150 ÷ 200 кг/см2 ( ≈ 15 - 20 МПа);
Емакс / Е мин = 1,3 ÷ 1,6 при Е мин = 75 ÷ 150 кг/см2 ( ≈ 7,5 - 15 МПа);
При таком отношении модулей сжимаемости осадки грунтов основания в отдельных точках мало разнятся по величине и отпадает опасность перекосов здания. Разность осадок в разных точках плана не должна превышать величин приведенных в приложении 4 СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений».
Рис. 8.6.1
а) Эпюра осадок; б) Схема расчета крена сооружения.
Абсолютная осадка фундамента подсчитывается как вертикальное перемещение середины подошвы фундамента si . Если площадь подошвы фундамента Ai, то средняя осадка сооружения, имеющего n фундаментов, определяется как (см. рис.8.6.1):
∆s = si - si+1 - Абсолютная разность осадок двух соседних фундаментов;
∆s/L - Относительная разность осадок (где L расстояние между фундаментами);
i = (s2 – s1)/L - Крен здания или сооружения - отношение перемещения его крайних опор или краев к расстоянию между ними. Установление крена особо важно для высоких сооружений, например дымовых труб.
Как было сказано ранее, значение осадок зданий и сооружений ограничены определенными пределами, установленными нормами. При этом следует отметить, что равномерная осадка основания не вызывает в несущей конструкции деформаций и что деформации – трещины и повреждения конструкций – имеют место главным образом в тех случаях, когда осадка под зданием неравномерна.
Принято считать, что осадки фундаментов на песчаных и глинистых грунтах в твердом состоянии - считаются законченными за период строительства; на глинистых грунтах в пластичном состоянии – за период строительства в половинном размере от полной осадки.
При большой изменчивости сжимаемости грунтов следует принимать меры для уменьшения влияния, оказываемого на здание неравномерностью осадок основания. К таким мерам могут быть отнесены:
1) Разрезка здания на части осадочными швами.
Осадочные швы позволяют каждой выделенной части здания деформироваться - получать осадки независимо одна от другой. Расстояние между осадочными швами в плане в зависимости от однородности грунтов принимается от 30 до 80 м. По конструкции осадочные швы должны допускать независимое вертикальное смещение и исключать возможность горизонтально смещения одной части здания относительно другой.
В зданиях с ленточными фундаментами осадочные швы осуществляются путем устройства вертикального паза; в зданиях с каркасными стенами – спаренными стойками на спаренных фундаментах. Осадочные швы устраиваются также и в тех случаях, когда здание имеет разную этажность (с разницей в два и более этажей) или когда части здания имеют различные типы основания – естественные и искусственные.
2) Усиление кладки стен горизонтальными железобетонными поясами.
Железобетонные пояса устраиваются по периметру наружных и внутренних стен не менее чем в двух плоскостях – на уровне цоколя и на уровне пола верхнего этажа. Пояса превращают каменные стены в балки большой жесткости, способные работать на изгиб и предупредить появление трещин.
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------