Осадка во времени. Причины и факторы, влияющие на характер развития осадки во времени у различных грунтов.

Конечные осадки фундаментов и их разности не всегда дают полное представление о влиянии деформаций основания на сохранность сооружения в процессе постройки и эксплуатации. Для того чтобы это влияние учесть полностью, нужно знать осадки фундаментов во времени.

Необходимость определения осадок фундаментов во времени может быть пояснена следующим простым примером. Предположим, что два соседних фундамента, впоследствии перекрываемые балкой, имеют одинаковые размеры и возводятся на грунтах, имеющих равные модули деформации. Но в основании первого фундамента залегают песчаные грунты, а в основании второго – глинистые. Конечные осадки и первого и второго фундаментов в таких условиях будут одинаковы, а разность конечных осадок будет равна нулю. Но осадка фундамента на глинистых грунтах будет протекать значительно медленнее, чем осадка фундамента на песчаных грунтах. В какой-то момент времени разность осадок фундаментов будет наибольшей. Если эта разность превысит допустимую величину, то нормальная эксплуатация данного сооружения будет нарушена, хотя разность конечных осадок и равна нулю.

Неодинаковая скорость осадок фундаментов может быть обусловлена не только неоднородностью грунтовых условий, но также различием размеров и формы фундаментов.

Если в пределах сжимаемой толщи залегают несколько слоёв грунта, исключая песчаные грунты, с различной сжимаемостью и водопроницаемостью, то кривая осадки фундамента во времени может быть приближённо найдена, по предложению Н.А. Цытовича, исходя из осреднённых значений модуля деформации и коэффициента фильтрации в пределах сжатия грунтов.

Причины развития неравномерных осадок уплотнения

1. Сложное (неоднородное) напластование грунтов

На ниже приведённой схеме представлены три типовых случая развития неравномерных осадок уплотнения при неоднородном напластовании грунтов оснований под возводимым сооружением. В практике проектирования необходимо избегать подобных неоднородностей грунтовых условий под фундаментами или заранее приспосабливать здания к неравномерным осадкам.

Схема сложных напластований грунтов под пятном застройки здания.

Условия возникновения прогиба и выгиба фундамента здания, вызванные неоднородностями напластования грунтов.

2. Неоднородный грунт

Причиной неравномерной деформации зданий может быть и неоднородное основание, с включением либо ослабленных зон (органические вещества), либо мест повышенной жёсткости (валуны).

Схема возможных неоднородностей в грунтовом основании под пятном застройки здания.

3. Неодинаковое загружение фундаментов

Как правило, в современных нормативных документах фундаменты проектируются по принципу выравнивания давлений под подошвой. В этом случае будут получаться конструкции фундаментов с разной шириной подошвы, для которых сжимаемая толща основания будет прямо пропорционально зависеть от их размеров. Следовательно, такие конструкции будут получать разную (неравномерную) осадку, что иллюстрируется на ниже приведённом рисунке.

Избежать возникновения подобных условий можно использованием метода проектирования фундаментов по заданной величине осадки (см. предыдущую главу).

Схема образования разной глубины сжимаемой толщи (разной величины осадки) для фундаментов с разной шириной подошвы (проектирование по критерию выравнивания давления под подошвой).

4. Влияние загружения соседних фундаментов

Влияние соседних фундаментов друг на друга или взаимное влияние фундаментов может вызвать неравномерную осадку уплотнения, что показано на ниже приведённом рисунке.

Для избежания неравномерностей осадок зданий, вызванных влиянием соседних фундаментов необходимо использовать конструктивные меры по усилению оснований (см. далее).

Схема взаимного влияния рядом расположенных фундаментов, зданий на развитие неравномерной осадки уплотнения.

5. Не одновременность загружения фундаментов

Такие условия обычно возникают для бескаркасных зданий, для которых внутренние несущие стены получают во время строительства лишь примерно 60% проектной нагрузки, а остальная нагрузка в виде полезной нагрузки передаётся в более поздний период, например, при эксплуатации здания. В результате такие фундаменты (случай 2 – на нижнем рисунке) на период строительства получат осадку, значительно меньшую, по сравнению с осадкой фундаментов под наружную стену (случай 1 – на нижнем рисунке).

Схема, показывающая возможности развития неравномерной осадки, вследствие неодновременной загрузки фундаментов. 1 - фундамент под наружную стену здания при практически полном загружении в период строительства и относительно быстром затухании осадки. 2 - фундамент под внутреннюю стену здания при не полной загрузки в период строительства (полезная нагрузка прикладывается позже) и относительно медленном затухании осадок во времени.

6. Неполная загрузка фундаментов

Если в результате проектирования или строительства часть фундаментов в здании будет недогружена, то такие фундаменты получат и меньшую осадку по сравнению с полностью загруженными фундаментами. В результате образуется условия неравномерности развития осадки (см. рисунок).

Схема возможности образования неравномерной осадки уплотнения, вследствие неполной загрузки фундаментов в сооружении. 1 - фундамент загружен полностью. 2 - фундамент загружен не полностью.

7. Неравномерность консолидации грунтов

Развитие осадки во времени в большой степени связано с фильтрационной консолидацией оснований. И, в случае неодинаковых условий уплотнения (путей фильтрации) под пятном застройки здания, могут возникнуть неравномерные осадки (см. рисунок).

Схема неравномерной консолидации грунтов основания под пятном застройки здания. 1 - возможность фильтрации в двух направлениях, относительно быстрый процесс затухания осадки во времени. 2 - возможность фильтрации в одном направлении - медленный процесс затухания осадки во времени.

8. Неодинаковый характер нагрузки

В ряде случаев возможна передача на основание переменной во времени нагрузки (ёмкости для хранения жидкого топлива, силоса и т.д.). В результате попеременной нагрузки и разгрузки основание уплотняясь, изменяет свои свойства, приобретая в основном упругие характеристики, что в конечном итоге вызывает неравномерные деформации – осадки сооружения (см. рисунок).

Чередование характера нагрузки и разгрузки основания, изменение упругих свойств основания, развитие неравномерной осадки уплотнения.

9. Неодинаковый несущий слой грунта в основании

При проектировании зданий разной этажности (или степени нагружения) могут возникнуть условия использования фундаментов с разной глубиной заложения (использование подземного пространства). В этом случае может быть задействован в работе основания разный несущий слой (см. рисунок), что неизбежно приведёт к развитию неравномерной осадки уплотнения.

Схема, показывающая использование разных грунтов в качестве основания одного и того же здания.