ФундиранеФундиране

�� Лекции за специалностЛекции за специалност�� “Строителство на сгради и съоръжения”“Строителство на сгради и съоръжения”

�� 20042004

�� автор: проф. д-р инж. Трифон Германовавтор: проф. д-р инж. Трифон Германов

ВидовеВидовефундаментифундаменти

Основни понятия и изискванияОсновни понятия и изисквания

Основни понятияОсновни понятия� Фундиране означава частта от строителството, свързана с

изграждането на основите на сградите и съоръженията, т.е., акоразгледаме въпроса от технологична гледна точка, това еизпълнението на т.н. “нулев цикъл”. (Foundation Engineering -англ.; Traveaux de foundation - френски; GrundbauFoundationtechnk; Основания и фундаментьi - руски).

� Фундаментните конструкции са онези части от строителнитеконструкции, чрез които натоварванията се предават върхуземната основа.

� Земната основа може да бъде :� естествена, когато почвите от които е изградена имат достатъчна

носеща способност и очакваните деформации са допустими засъоръженията;

� изкуствена, ако естествените почви са заздравени или заменени сдруги.

Плитко заложени (плоски) фундаментиПлитко заложени (плоски) фундаменти

Основните размери на единфундамент са: дължина - L;широчина - B; височина - h;дълбочина на фундиране - D

Дълбочината на фундиране еосновен признак за подразделянена фундаментните конструкции надве основни групи:

Плитко заложени фундаменти(плитко фундиране), наричат гиоще плоски фундаменти-единични, фундаментни плочиили скари;

Ивични фундаменти, фундаментни плочи иИвични фундаменти, фундаментни плочи ифундаментни скарифундаментни скари

При плитко заложените фундаментисъвместната работа на конструкциятаи земната основа т.е., предаването натоварите от фундамента сеосъществява основно чрез основнатаплоскост на фундамента.

Дълбоко заложени фундаменти(дълбоко фундиране).

При дълбоко заложените фундаменти в поемането натоварите участвува не само основната плоскост, но истените на фундаментите.

Някои основни изисквания към качественотопроектиране и изпълнение на фундаментнитеконструкции

Към проектирането на фундаментите се предявяват високиизисквания. Практиката показва, че авариите настроителните съоръжения следствие грешки впроектирането на земната основа и фундаментите са многопо-големи, като понякога се проявяват много години следизграждането на съоръжението.Качественото проектиране и изпълнение на фундаментнитеконструкции изисква прилагането на съвременнипроучвателни методи и технологии. Специално вниманиеследва да се обръща на следните проблеми:Повишаване качеството на инженерногеоложкитепроучвания и точна оценка на физико-механичнитепоказатели на почвите;

Някои основни изисквания къмкачественото проектиране и изпълнениена фундаментните конструкции

Усъвършенстване на методите за оразмеряване и проектиране наземната основа и фундаментите с използване на всички резервиот якост и устойчивост и устойчивост; широко използуване накомпютърна техника с цел многовариантност на приетитерешения;Внедряване на прогресивни индустриални конструкциифундаменти и технологии, в това число, по възможност,максимално използуване сглобяеми конструкции;Широко използване на методите за изкуствено заздравяване наземната основа, с оглед усвояване на терени със слаби почви..

Фактори влияещи върху избора навида на фундаментните конструкции

Правилният избор на земната основа и вида на фундиране сеосновава на строго отчитане на следните фактори:a)геотехническа характеристика на строителнатаплощадка, в т.ч.Литоложки и стратиграфски строеж на земните пластове; нивотона почвените води; режим и химически състав на водата ипочвите; устойчивост на почвата на атмосферни влияния.Физико-механичните свойства на почвите в земната основа иколичествените показатели използувани в изчислителнитеформули при оразмеряване на земната основа.Геотехническият доклад.

Съдържание на геотехническия доклад1.Систематизация и анализ на извършени предишни инженерно-геоложки проучвания;2.Проучвателни изработки, в това число: достатъчен брой сондажи до15 - 20m, а за отговорни обекти и до 50 - 100m дълбочина; ситуация настроителната площадка; сондажни колонки; литоложки профили;аксонметрия;3.Геотехническият доклад следва да дава оценка за възможнитедеформации на почвата предизвикани от различни причини:натоварвания; суфозия; пропадане на льосови почви; възможнисвлачищни явления;4.На основата на анализа на геотехническата обстановка се правипредложение за избора на видът на фундаментите; евентуалноподобряване на земната основа; предложения за инженерни действия сцел усвояване на площадката; (насипване, осушаване, ограждане).Не се допуска проектиране без инженерно-геоложки проучвания игеотехнически доклад.

Конструктивни и икономически факторипри проектиране на фундаментите

Чувствителност на връхната конструкция и съоръженията към деформациитена земната основа, както и разпределението на тези напрежения впространството и времето, а така също и характерът на натоварванията(статични; динамични; постоянни; временни и т.н.);Съответствие на експлоатационните условия на работа на съоръжението синженерно-геоложките условия на строителната площадка;Отчитане на икономическите фактори. Ориентировъчно за фундирането сеизразходват: до 40% от времето за строителство; до 35% от трудовите разходи;до 25% от стойността на съоръжението (за някои видове строителства - ВК,пътища и над 50%).Следователно, проектирането на земната основа и фундаментите, а такасъщо и изпълнението на тази част от строителството е едно сложна икомплексна задача, която трябва да се решава със съвременни методи.

Плитко заложенифундаменти

Видове плоскиВидове плоскифундаментифундаменти

Видове плоски фундаменти� Обикновено, плитко заложените фундаменти се изпълняват встроителни ями. При тях, товарите от конструкциите исъоръженията се предават върху почвата чрез основната плоскостна фундаментното тяло, което е разширено в долната си част, сцел намаляване на натоварването върху почвата.

Връзката между връхнатаконструкция (колоната) ифундамента става в т.н. цокълнафуга, която обикновено сепроектира 10-15cm под терена(или пода на сградата) и най-малко 50cm над максималнотоНПВ. Ширината на цокълнатафуга се изпълнява 10-15 (до 20)cm по-широка от клоната, за дасе избегнат неточности пристроителството.

Видове плоски фундаментиПлоските фундаменти се изграждат обикновено от следнитематериали: бетон, стоманобетон, бутобетон (в бутобетонапреобладават 20-30% камъни за да се намали количеството нацимент).Конструктивните изисквания за дълбочината на фундиранезависят от предназначението на сградата или съоръжението.Условно може да се приеме, че като плоски фундаменти работятонези фундаментни конструкции, които имат дълбочина нафундиране по-малка от тяхната ширина (но не повече от 5 - 6 m).Разширяването на размерите на фундамента по посока къмосновната плоскост се налага от необходимостта върху почвата дасе предат по-малки напрежения от допустимите за дадения видпочва. По принцип почвите разглеждани в земната механика иматзначително по-малка носимоспособност от бетона (илистоманобетона), който се използва за изграждане на фундаментите.

Видове плоски фундаментиВидове плоски фундаменти� В конструктивно отношение плоските фундаменти могат да сеподразделят на корави и огъваеми.

Kорави са обикновено бетонни или бутобетонни фундаменти. При тяхотношението h/l е значително голямо (по-голямо от единица), с цел дане се получат опънни напрежения във фундамента.

При огъваемитефундаменти,(обикновеностоманобетонни)това отношение епо-малко отединица. При тяхсе намалявадълбочината нафундиране и сеикономисвабетон..

Видове плоски фундаментиВидове плоски фундаменти� По отношение на начина на изпълнение, единичните фундаменти могат да

бъдат монолитни или сглобяеми с един или няколко блока с цел увеличаванеразмера на основната плоскост.

Видове плоски фундаментиВидове плоски фундаменти� Други конструкции на плоските фундаменти са: ивичнифундаменти под колони или стени;

Видове плоски фундаменти

фундаментни плочии фундаментнискари.

Плоско фундиране

Дълбочина наДълбочина нафундиранефундиране

Избор дълбочината на фундиране- общи изисквания� Дълбочината на фундиране зависи от редица фактори, като

преимуществено значение имат инженерно-геоложките и хидро-геоложките условия на строителната площадка. Земната основаможе да бъде изградена от здрави или от слаби почви.

� Под слаби почви в случая разбираме онези, които не са в състояниеда понесат товарите от конструкциите и фундаментите и имаопасност за устойчивостта на съоръжението.

� В най-общия случай, дълбочината на фундиране зависи от следнитефактори:Предназначението и конструктивните особеност на сградите;Големината и характера на натоварването;Съществуващият и проектиран релеф на площадката;Дълбочината на фундиране на съседни сгради, наличието наподземни съоръжения.

Избор дълбочината на фундиране -общи изискванияМинималната дълбочина на фундиране (Dmin) зависи отдълбочината на замръзване на почвата в различните вклиматично отношение райони. От значение и нивотона почвените води в зоната на замръзване. В условиятана нашата страна тази дълбочина е най-малко 0,80m. Заскали и здрави почви се допуска 0,2 - 0,4m.В зависимост от вида на почвата се избира и видът нафундаментите. При здрави почви, (освен посочените по-горе конструктивни особености и минималнатадълбочина на фундиране), могат да се избират всякакъввид фундаменти - корави, сглобяеми, фундаментниплочи, фундаментни скари.

Избор дълбочината на фундиране в зависимост отинженерно-геоложките условияа. Земна основа изградена от слаби почви на голяма дълбочина

Поради опасност от неравномерни деформации (слягания) е възможнода се изберат следните варианти: обща фундаментна плоча; единичнифундаменти върху пясъчна възглавница; единични фундаменти съсзаздравяване.

Избор дълбочината на фундиране в зависимост отинженерно-геоложките условияб).Земна основа от слаби почви на неголяма дълбочина.

Възможни са следните решения: директно фундиране върхуздравия пласт, което изисква удължаване на колоните от връхнатаконструкция; частична замяна на слабата почва с по-здрава, илипясъчна подложка; изкуствено заздравяване на земната основа.

Избор дълбочината на фундиране в зависимост отинженерно-геоложките условияв).Земна основа от здрава почва и пласт слаба почва подздравата.

В тези случаи е възможно прилагането на бетонни илистоманобетонни фундаменти. Носещата дебелина от здравияпласт (hн) се определя по изчисления като се проверяватнапреженията върху слабия пласт.

Дълбочина на фундиране в близост досъществуващи сгради.

На едно нивоНа едно ниво На различни ниваНа различни нива

Плитко заложенифундаменти

Натоварвания. ПредварителноНатоварвания. Предварителноопределяне размерите наопределяне размерите наосновната плоскост.основната плоскост.

Проектиране на плоски фундаменти.Натоварвания.� Земната основа на плоските фундаменти се изчислява по двегрупи гранични състояния: по първа група - на носещаспособност; по втора група на деформации.

Натоварванията и въздействията върхуземната основа, предавани от фундаментите насградата и нейните елементи се определят наосновата на статическото решение наконструкцията. Взема се предвид и влиянието насъседните фундаменти, както и други товари наповърхността и по дълбочина (оборудване,комуникации и други).

Товарите върху фундаментите от собствено теглои експлоатационно натоварване са идентични сопорните реакции на строителните конструкции.Те са еднакви по големина на реакцията но саобратна посока, а опорната им точка съвпада смястото на теоретичните опори на конструкцията..

Проектиране на плоски фундаменти.Натоварвания.

Оразмеряването на земната основа на плоските фундаменти се извършва запостоянни и временни товари.Постоянните товари включват: собствено тегло на конструкцията; земен натиск;предварително напрягане; други постоянни товари.Временните товари биват продължително действащи (експлоатационно ибитово обзавеждане, складирани материали, продължителни температурнидействия, неравномерни деформации и други; кратковременно действащи (хора,автомобили, кранове); особени (възникват в изключителни случаи: взривове,земетръс, пропадане на земната основа и други).Съгласно нормативните изисквания (правилници и други) товарите се разделят нанормативни и изчислителни. Изчислителните товари могат да се получат отнормативните с общ коефициент на претоварване n=1,15 - 1,20.Oразмеряването на деформации се извършва с основно съчетание нанормативните товари (постоянни, продължително действащи и едно откратковременните).Оразмеряването на носеща способност се извършва с основното и особенотосъчетание на изчислителни товари.

Предварително определяне размерите на основнатаплоскост на плитко заложени фундаменти

� При предварително избрани размери и конструкция нафундамента, разрезните усилия се редуцират за центъра натежестта на основната плоскост .

Предварително определяне размерите на основнатаплоскост на плитко заложени фундаменти

� Приема се предпоставката, че земната реакция се разпределя линейно. Тогава, задостатъчност на размерите следва да бъдат изпълнени условията:

RA

NqH

ср .1α≤= RW

MA

NqHH

.2max α≤+= .0min >−=W

MA

NqHH

Където:•qcp - средното напрежение (натоварване) в основната плоскост на фундамента,kPa;•qmax - максималното ръбово или ъглово напрежение (натоварване) в основнатаплоскост на фундамента, kPa;•qmin - минималното ръбово или ъглово напрежение (натоварване) в основнатаплоскост на фундамента, kPa;•Nн - нормативният вертикален товар в основната плоскост на фундамента:Nн = N0 +Gf + Gs (N0 - натоварването от конструкцията);Gf - теглото на фундамента;Gs - теглото на почвата kN; (за фундаменти с правоъгълна основна плоскост сдължина L и широчина B може да се приеме Gf+Gs≈≈≈≈LB.D.0,85.γγγγb - D дълбочинана фундиране, γγγγb обемното тегло на бетона)

Предварително определяне размерите на основнатаплоскост на плитко заложени фундаменти• Mн - нормативният запъващ момент, изчислен за центъра на

основната плоскост на фундамента, kNm;• Mн= M0 + Q0.hf;• M0 - нормативният запъващ момент, получен от статическото

решение на конструкцията;• Q0 - нормативната хоризонтална сила;• hf - височината на фундамента;• A - основната площ на фундамента, m2;• W - съпротивителният момент на основната плоскост, m3;• R - изчислително почвено натоварване, kPa;� a1 и a2 - коефициенти за завишаване на изчислителното почвено

натоварване, които се приемат като следва: за земна основа прижилищни, промишлени, обществени и селскостопански сградиa1=1,00, a2 =1,30 за максималното ръбово напрежение; a2 =1,50 - замаксималното ъглово натоварване.

Предварително определяне размерите на основнатаплоскост на плитко заложени фундаменти� При правоъгълни фундаменти подложени на ексцентрично натоварване по

осите x и y, максималното и минималното ъглово натоварване се определя поизвестните формули:

RWM

WM

ANq

y

Hy

x

Hx

H

.2max α≤++= .0min ≥−−=y

Hy

x

Hx

H

WM

WM

ANq Wx = (1/6)B.L2;

Wy = (1/6)L.B2

2minmax,.6

BLeN

BLNq ±=

±=

Le

BLNq 61minmax,

При При ексценрицитетексценрицитетпо посока по посока LL..

При голям ексцентрицитет(e>L/6),се изключва опъна. От ∑V =0;N = (1/2).qmax.3c.B).

BcNq.3

2max =

Предварително определяне размерите на основнатаплоскост. Изчислително почвено натоварване.� В зависимост от предназначението на сградата, вида на земната основа за

изчислително почвено натоварване може да бъде прието:• a) критичното ръбово напрежение pkr (при което не се допускат пластични

зони под ръбовете на фундамента);

• б) R=p1/4 (напрежение, което допуска дълбочина на пластичнитезони z=B/4, съгласно формула II.9, стр.61 в Ръководство по земнамеханика и фундиране);

• в) R=Rult/ks, т.е., граничното (разрушително) натоварване,разделено на съответен коефициент на сигурност;

( ) ..

2cot

. Dg

pDp ekr γ

ϕπϕ

γπ ++−

+=

Изчислително почвено натоварване.• г) съгласно Норми за проектиране на плоско фундиране (от1997г.), изчислено по формули III.18 или III.19 от Ръководствопо земна механика и фундиране;

−

−+=1

1

1

110 2

1.D

DDB

BBkRR )(1 1221

110 DDk

BBBkRR −+

−+= γ

за дълбочина на фундиране за дълбочина на фундиране DD≤≤≤≤≤≤≤≤2,0m;2,0m; за дълбочина на фундиране за дълбочина на фундиране D>D>2,0m2,0m

•R0 е условно изчислително натоварване за дълбочина на фундиранеD1=2,0m и ширина на фундамента B1=1,0m;•R0 се отчита таблици III.2÷III.7, стр.82-84 на Ръководство по земнамеханика и фундиране;•k1 - коефициент, който се приема k1=0,125 за чакъли и пясъци (безпраховите) и k1=0,05, за прахови пясъци и глини;•k2 - коефициент, който се приема k2=2,0 за чакъли и пясъци, k2=1,5 заглинести пясъци и песъчливи глини k2=1,0 - за глини.

γγγγ2 - обемното тегло на почвата над основната плоскост на фундамента.

Предварително определяне размерите наосновната плоскост. Нормативни допускания.

Допуска се, (съгласно Норми за проектиране на плоско фундиране)окончателните размери на основната плоскост на фундамента да се приемат заокончателни, при спазване на посочените по-горе изисквания. Това допусканеважи за следните случаи:за сгради и съоръжения III и II категория (сгради до 8 етажа, при отношениена височина към ширина на сградата H/B≤ 2,0 и други към които нямаизисквания за ограничаване на слягането и леки сгради) фундирани върхупочви група А (скали, едри чакъли, сбити едри и средни пясъци и свързанипочви в твърда и полу-твърда консистенция с Ic>1,0), а така също за лекисгради (III категория) фундирани върху почви група Б (средно сбити пясъци исвързани почви в средно-пластична консистенция с коефициент на поите e≤0,7за глинести пясъци, e≤1,0 за песъчливи глини и e≤1,1 за глини).В тези случаи не се изисква проверка на деформации, и при особено съчетаниена натоварванията, включително земетръсни сили, при изключване наопънните напрежения в основната плоскост се изисква размерите да бъдатизбрани при спазване на условието c>0,25L, т.е., повече от 3/4 от основнатаплощ да бъде натоварена.

Предварително определяне размерите на основнатаплоскост. Проверка на напреженията върху по-слаб пласт.� Ако в близост до основната плоскост на фундамента (на дълбочина zi) се

намира слаб пласт (имащ R0 по-малко от това на земната основа), размерите нафундамента се определят от условието: σσσσzi + σσσσγγγγi ≤≤≤≤ Rz,

σσσσzi е напрежението на дълбочина zi (горна повърхност на слабия пласт), следствие нормативното натоварването от фундамента; σσσσγγγγi - напрежение отсобственото тегло на почвата на същата дълбочина; Rz - изчислителното натоварванена слабия пласт на дълбочина zi , което се определя за условен плосък фундамент сширочина Bz .

;2 aaAB zz −+=

zi

H

zNAσ

=2

BLa −=

Плоски фундаменти

Проектиране поПроектиране погранични състояниягранични състояния

Проектиране на плоските фундаменти по първа групагранични състояния (на носеща способност).

Изчислението на земната основа на носеща способност езадължително в следните случаи:За сгради и съоръжения подложени на хоризонталнинатоварвания и въздействия (подпорни стени, диги, сводове,фундаменти с наклонена основна плоскост и други подобни);за фундаменти, които попадат в близост до откоси илистръмно западащи почвени пластове;в сеизмични райони;за слаби водонаситени или заторфени почви;за скали.Ако в процеса на строителството се допуска изпълнението насградата във височина без обратна засипка на фундаментите,проверката на носеща способност се извършва за това състояние.

Проектиране на плоските фундаменти по първагрупа гранични състояния (на носеща способност).

Оразмеряването на носеща способност се извършва сосновното и особеното съчетание на изчислителнитетовари. Изчисляването включа следните проверки:на обща устойчивост - цялостно разрушение наземната основа под фундамента;на плъзгане по основната плоскост на фундамента;на преобръщане - при скална основа;на едностранно изтласкване (за сгради в близост дооткоси и фундаменти и фундаменти на различнинива).

Изчисляване на обща устойчивост - цялостноразрушение на земната основа под фундамента

Изчисляването наземната основа наносеща способностсе извършва съгласноусловието:

s

ult

s FRLB

FN ..=Φ≤

N - изчислителният товар върху земната основа;

ΦΦΦΦ - носещата способност на земната основа (въпросът е разгледан детайлно влекцията за теория на граничното равновесие и устойчивост на почвите);Fs - коефициент, който се приема не по-малко от 1,2 и не повече 1,5, в зависимостот вида на съоръжението и неговото предназначение..

Изчисляване на обща устойчивост - цялостноразрушение на земната основа под фундамента

� Носещата способност на земната основа се определя с изразите:

ultRBL ..=Φ - за дисперсни почви; 0.. RBL=Φ - за скали;

L= L - 2eL; B= B - 2eB; R0 - изчислителното натоварване (на натиск)на скалата, kPa ; Rult - граничното съпротивление (граничната носещаспособност) на почвата в земната основа, kPa.Rult = A1.c + B1.D.γγγγD + D1.B.γγγγ ;A1 = Nc.ic.Sc ; B1= Nq.iq.Sq.mD ; D1= Nγγγγ....iγγγγ ....Sγγγγ....mB;c - изчислителната стойност на кохезията на почвата в земната основа;Nc, Nq, Nγγγγ - коефициенти на носещата способност на земната основа,които зависят от изчислителната стойност на ъгъла на вътрешнотриене ϕ. Те могат да се отчетат от графики във функция на tgϕ (стр.75 РЗМФ).

Коефициенти на носеща способностКоефициенти на носещата способност на земната основа могат да се изчислят по

формулите:Nq=exp(ππππ.tgϕϕϕϕ).tg2(450-ϕϕϕϕ/2); Nc=( Nq +1).cotgϕϕϕϕ); Nγγγγ=0,9(Nq-1).tgϕϕϕϕ;

ic, iq, iγγγγ - коефициенти за влиянието на наклона на резултантното усилие, коитозависят от ъгъла на вътрешно триене ϕϕϕϕ и от наклона δδδδ на резултантната силакъм вертикалната; те могат да се отчетат от графики във функция наотношението tgδδδδ /tgϕϕϕϕ (стр.76 РЗМФ) или да се изчислят по формулите: iq=(1 - 0,7T)3; iγγγγ=(1-T)3; ic=(Nq.iq-1)/(Nq -1); T = Q /(N + B.L.c.cotgϕϕϕϕ);

Sc, Sq, Sγγγγ - коефициенти за влиянието на съотношението на страните нафундамента; определят се по формулите:- за правоъгълник:Sq=1+(B/L)sinϕϕϕϕ; Sc=(Sq. Nq-1)/(Nq -1); Sγγγγ=1+0,30(B/L);- за ивица: Sq=Sc=Sγγγγ=1,0;- за квадрат и кръг: Sq=1+sinϕϕϕϕ; Sc=(Sq. Nq-1)/(Nq -1); Sγγγγ=0,7.Коефициентите mD и mB, важат за фундаменти с наклонена основна плоскост(i - наклонът в радиани) и се определят с изразите:mD=exp(-2i.tgϕϕϕϕ); mB=exp(-2,7i.tgϕϕϕϕ).

Оразмеряване на носеща способност� Граничната носеща способност на земната основа

� Rult = A1.c + B1.D.γγγγD + D1.B.γγγγ ;� Другите означения в горната формула са: γγγγD - обемното тегло на почвата над

основната плоскост на фундамента; γγγγ - обемното тегло на почвата подосновната плоскост на фундамента (при песъчливи почви и високи почвениводи, обемното тегло на почвата се определя като се включва и водния подем);D - минималната дълбочина на фундиране от двете страни на фундамента: присгради с избени помещения D се приема дълбочината на вкопаване, меренапод пода на избеното помещение.

Оразмеряване на носеща способност.Проверка на плитко хлъзгане� Проверката на плитко хлъзгане, обикновено се извършва за фундаменти

натоварени с голяма хоризонтална сила.Проверката сеизвършва чрезопределяне накоефициент насигурност

5,13,1 ÷≥=a

Rs T

TF

Ta = Q+ Ea - активните сили (Q - хоризонталната компонента от външнотонатоварване; Eа - активният земен натиск);TR - съпротивителните сили (сума от съпротивлението на триене в основнатаплоскост, триенето по стените на фундамента и евентуално пасивният земен натиск),TR = f.N +2E0.f + Ep; N - вертикалната сила в основата на фундамента, включителнонеговото тегло; E0 - земен натиск в покой; f - коефициент на триене между бетон ипочва; Ep - пасивен земен натиск).

Оразмеряване на носеща способностПроверка на обръщане и устойчивост по КЦП

� Проверката на обръщане се извършва както при подпорнитестени, а проверката на обща устойчивост за фундаменти вблизост до откоси се извършва по метода на кръгово-цилиндричната повърхнина.

Проектиране по втора група граничнисъстояния (на деформации)� Изчисляването на земната основа по деформации се извършва съгласно

условието: s ≤≤≤≤ sгр ,� където s е изчислената стойност на съвместната деформация на земнатаоснова и сградата; sгр - гранично допустимата стойност на съвместнатадеформация на земната основа и сградата.

� Съвместната деформация на земната основа и съоръжението (сградата)се характеризира с:

•абсолютно слягане на земнатаоснова под отделни фундаменти smax

•средно слягане на земната основаили на сградата като цяло sср=∑∑∑∑si/n

•( ∑∑∑∑si - сумата от сляганията навсички фундаменти; n броят нафундаментите на сградата)

Съвместни деформации на земнатаоснова и сградата

� наклоняване на фундамента tgθθθθ =(sC-sD)/B; (sC-sD) -абсолютната стойност на разликата в сляганията на двата ръба нафундамента отнесени към тяхната широчина или дължина

Съвместни деформации на земнатаоснова и сградата

� относителна разлика в сляганията на два съседни (несвързанипо между си) фундаменти, отнесена към разстоянието между тях

� ∆∆∆∆s/L=(s1-s2)/L

Съвместни деформации на земнатаоснова и сградата

изкривяване - изменение наъгъла между два конструктивниелементи поради неравномернислягания

χχχχ = tgθθθθá=(s1-s2)/La-(s2-s3)/Lb

относително огъване f/L(отношението на стрелката наогънатия участък от сградата fкъм неговата дължина L )

(f/L)=(-s1+2s2 - s3)/2L

Съвместни деформации на земнатаоснова и сградата

� хоризонтално преместване на фундамента или сградата като цяло ∆∆∆∆x

Гранично допустимите стойности насъвместните деформации на земната основа насградите и съоръженията се определят съобразноследните фактори:•технологичните или архитектурни изисквания поотношение на експлоатационната годност насградата;•изисквания към якостта и пукнатиноустойчивосттана конструкцията на съоръжението, включителнообщата му устойчивост

Допуска се за сгради и съоръжения, чиито надземни конструкции не саизчислени на въздействието на неравномерните слягания на земната основа иза които не са определени в проекта стойностите на sгр, гранично допустимитеслягания да се приемат съгласни съгласно НиП (българските норми), дадени втаблици IV.1 и IV.2 (стр.96 и 96 на РЗМФ).

Изчисляване на сляганетоСлягането на земната основа се изчислява като се използват два основнимодела:линейно деформирано полупространство с условно ограничаванедълбочината на слегаемия пласт;линейно деформирано полупространство с ограничена мощност, ако вграниците на слегаемия пласт има такъв с модул на обща деформация Е0 ≥100MPa.Като модел за линейно деформирано полупространство се използва методана послойно сумиране сляганията в границата на активната слегавема зона.При този метод геоложкият профил се опростява като в границите нафундамента пластовете се приемат хоризонтални. Пластове с дебелина над3,0m се разделят на подпластове. Напреженията σσσσzi се изчисляват по методътна Steinbrenner (на ъгловите точки - виж лекции по земна механика,напрежения в почвите и глава трета ЗМ,1999).σσσσzi = σσσσzi(p) + ∑∑∑∑σσσσzi (c);σσσσzi(p) напреженията от натоварване p = σσσσ -σσσσγγγγ ; σσσσγγγγ = γγγγ.D;∑∑∑∑σσσσzi (c) - влиянието на съседните фундаменти.

Изчисляване на сляганетоДълбочината на активната зона надеформациите Ha се определя от условието:•за жилищни, промишлени, обществени иселскостопански сгради и съоръжения:σσσσzi ≤≤≤≤ 0,20,20,20,2σσσσγγγγi - за песъчливи и глинести почви(5,0<E0<10,0 MPa.);σσσσzi ≤≤≤≤ 0,1σσσσγγγγi - ако в границите на активнатазона се намира пласт с модул на общадеформация E0< 5,0 МРа.В хидротехническото строителство активнатазона се определя от условието σσσσzi ≤≤≤≤ 0,5σσσσγγγγi.Слягането по метода на послойно сумиране сеизчислява с израза:

∑=

=n

i n

iiz

Eh

s1 ,0

, .σβ β = 0,7- 0,85 -

безразмерен коефициент.

Изчисляване на слягането� Изчисляването на слягането на земната основа като линейнодеформируем пласт с ограничена дебелина се прилага ако саспазени следните условия:

� а).В границите на активната слегаема Ha попада почвен пласт смодул на обща деформация Е01 ≥100 MPa и дебелината му h1удовлетворява условието;

−> 3

01

021 1

EEHh a

Е02 - модулът на обща деформация на пласта,намиращ се под пласта с модул Е01.

б) Фундаментът има големи размери (широчина B или диаметър D, по-големи от 10,0m) и модул на обща деформация Е0 >10МPa независимоот дълбочината на залягане на слабо деформируемия пласт. Приема се,че слягането в тези случаи се предизвиква от натоварване q восновната плоскост на фундамента без да се приспада напрежението отсобствено тегло на почвата на дълбочина D.

Изчисляване на слягането.Дебелина на линейно-деформируем пластДебелината на линейно деформируемия пласт с ограниченадебелина H се приема както следва:за случай a) до горния хоризонт на почвения пласт с модул наобща деформация Е01 ≥100 MРa; за случай b) по формулите: H=9+0,15B (m) (за глинести почви);H=6+0,1B (за песъчливи почви); при земна основа от глинести ипесъчливи почви H се определя като средно тежестна стойност.Определената по тези формули H следва да се увеличи сдебелината на пласта с модул Е0<10Мpa, ако той е разположенпод H и дебелината му не превишава 5,0m (при по-голямадебелина на този пласт, слягането се изчислява по метода напослойно сумиране с условно ограничаване на активната зона ).

Изчисляване на слягането.Метод на линейно-деформируемополупространство с ограничена дебелина� Слягането на земната основа като линейно деформируемополупространство с ограничена дебелина се изчислява поформулата:

∑=

−−=n

i i

ii

EKKqBs

1 0

11.. β

B - широчината на правоъгълния фундамент или диаметър на кръглия фундамент, m;q - средното натоварване в основната плоскост на фундамента, kPa;ββββ1=0,75-1,0- корекционен коефициент, който се определя от таблици (табл.II.9,стр.71 РЗМФ) в зависимост от отношението m’=2H/B при широчина направоъгълни фундаменти до 10,0-15,0m и m’=2H/D - при кръгли фундаменти; Ki- коефициент, който също се определя от таблици (II.10, стр.73, РЗМФ) взависимост от формата на основната плоскост на фундамента (отношениетоn=L/B или кръгли) и отношението m=2zi/B или m=2zi/D като zi-1 се мери догорната повърхност, а zi - до долната повърхност на пласта с модул E0i.

Изчисляване на слягането.Метод на линейно-деформируемополупространство с ограничена дебелина

� Наклоняването на корав фундамент (правоъгълен с отношение на странитеL/B≤≤≤≤1,8 или кръгъл фундамент с радиус r) при пласт с ограничена дебелинаможе да бъде изчислен по формулата:

300

2 .1r

eNkE

tg νθ −=νννν - коефициент на Poisson, който може да се приеме:0,25 - за чакъли; 0,30 - за пясък и глинест; 0,35 - запесъчлива глина и 0,40 - за глина;

к0 - коефициент, който зависи от дълбочината H и радиусът r на кръгъл фундамент;при правоъгълен фундамент с L/B≤1,8 може да се приеме приведен радиус

44πIr =

I - инерционният момент на основната плоскост спрямо оста насиметрия.

H/r 0,25 0,5 1,0 2,0 >2,0к0 0,26 0,43 0,63 0,74 0,75

Изчисляване на слягането.Приблизителен метод� За предварителни проекти могат да се използват следните приблизителни

формули за определяне преместванията на корави фундаменти:� средно слягане при дълбочина на фундиране 1,0<<D≤4,0m и ширина на

фундамента B≤5,0m, и среден модул на обща деформация Е0:

BLENscp .

)1(68,0

0

2ν−≅ за правоъгълни фундаменти с L/B≤3,0

BENscp .

)1(2,1

0

2ν−≅ за ивични фундаменти с ширина B;

•наклоняване на правоъгълен фундамент с L/B≤3,0 и ексцентрицитет eL≤≤≤≤(L/6):

BLEeNtg L

L ..)1(7,3

20

2νθ −= ( )∑∑=

iiiz

iiz

Ehh

E,0,

,0 /σ

σ

•хоризонтално преместване на правоъгълен фундамент: BQ

Exu x.19,0

0

2ν−≅∆=

Окончателното натоварване върху земната основа може да надвишиизчислителното почвено натоварване R, при условие, че са удовлетворениизискванията на проверката на носеща способност и на деформации.

Определяне на височината на единичнифундаменти под колони� Височината на единични фундаменти под колони се определя от изискването,

материалът от който е изграден фундамента да поеме натоварването отземната реакция. Диаграмата на земната реакция, (т.е. нейното разпределение)се приема равна по големина и обратна по посока на напреженията восновната плоскост. Бетонни и стоманобетонни фундаменти се оразмеряватсъгласно изискванията на Стоманобетон. Напреженията в основнатаплоскост се определят с изчислителни товари.

При бетонови фундаменти с размери B, lb, hf (или L,lL, hf), се прави проверка на чисто огъване и насрязване.

tbRmWM

,11

1111 ≤=

−

−−σ

При m = 0,856. 2

fhBW =

tbf BR

Mh,

11

85,06 −=

M1-1=0,5(σσσσ’+ σσσσ1)B.l’.e; R = 0,5(σσσσ’+ σσσσ1)B.l’= Q1-1

Определяне на височината на единичнифундаменти под колони

Rb,t e опънната якост на бетона, която сеприема 480, 570, 660 и 750 кРа,съответно за марка B7,5, B10, B12 иB15.

Окончателно височината на фундаментасе избира по-голяма на изчислената икратна на 5cm. Фундамента секонструира на стъпала с височина 45, 50,55 и 60cm.

Проверяват се срязващите и опъннитенапрежения в сечения 1-1 (и/или 2-2).

shbf

RhB

Q,

1111 '

≤= −−τ Rb,sh - якост на срязване на бетона, която

може да се приеме Rb,t /2.

Плитко заложенифундаменти

ПроектиранеПроектиране на ивичнина ивичнии скарови и скарови фундаментифундаменти

Проектиране на ивични фундаменти� Ивичните плитко заложени фундаменти се различават от единичните

(подколонни) по характера на съвместната им работа със земната основа.Обикновено, като ивични фундаменти се разглеждат плитко заложенифундаменти, при които дължината надвишава няколко пъти (5 - 10) ширината,т.е., L/B>(5-10). В зависимост от вида на връхната конструкция, ивичнитефундаменти са натоварени от товарите от колони, стени и земната реакция.Натоварването от колоните се приема като концентрирани сили, а от стенитекато равномерно разпределен товар.

� Основният земно-механичен проблем в случая е определянето на земнатареакция. Докато при статическото решение се приема, че конструкцията еподпряна в точка, то върху земната основа, поради по-големите размери нафундамента, натоварването се предава чрез основната плоскост.

Ивични фундаменти. Земна реакция� Реакцията на земната основа върху фундамента се нарича земнареакция. Това е вида и размера на диаграмата нанапреженията, чрез които се осъществява съвместнатаработа между фундамента и земната основа. В зависимост откоравината на фундаментната конструкция са възможниразлични по вид диаграми на земната реакция.

Ивични фундаменти. Земна реакцияВ земната механика, определянето на големината и вида на земната реакция, взависимост вида на фундамента е дефинирано като “контактнаконтактна задачазадача”, коятоосвен земната реакция, включва и определянето на разрезните усилия за коитосе оразмерява стоманобетонното тяло на фундамента.В зависимост от геометричните размери на основната плоскост задачата може дасе разглежда като равнинна или пространствена. Освен това, при равниннатазадача конструкциите могат да се разглеждат като безкрайни (при тях краищата неоказват влияние върху напрегнатото и деформирано състояние на конструкцията);полубезкрайни и крайни (наричат ги още кратки).При решаване на задачата за определяне на земната реакция при ивичнитефундаменти се използват следните методи:методи, които приемат линейно разпределение на земната реакция по дължинатана основната плоскост; диаграмата на земната реакция се приема правоъгълник илитрапец. Това са т.н. опростени методи.методи с коефициент на леглото (тези методи се основават на теорията Winkler -1867г)методи по теорията на еластичното (линейно-деформирано) изотропнополупространство.

Опростени методи за решаване наконтактната задача.

Равномерно разпределение на земната реакция се приема при симетричнонатоварване и при константни други параметри - напречно сечение на гредатаи изотропни свойства на земната основа.Трапецовидно разпределение на земната реакция се приема принецентрично натоварване и изотропна земна основа.Ивичният фундамент се разглежда като проста греда натоварена с известнисили и моменти.

Земната реакция сеопределя по Навие.При симетричнонатоварване:p(x)= ∑∑∑∑Fi/b.l;

При несиметрично натоварване:p(x)= S/b.l ±±±± S.e/W; W=b.l2/6

Ивични фундаменти.Греда върху еластична основа.� Този метод се основава на теорията на Winkler, при която се приемат следните

предпоставки:за всяко сечение, провисването на гредата w(x) е равно на слягането y(x) наземната основа, т.е., еластичната линия на гредата следва деформациите наземната основа: w(x)= y(x)

Ивични фундаменти.Греда върху еластична основа.

� Известно е уравнението на еластичната линия:

)()()(4

4

xpxqdx

xwdEI −=

където: q(x) е външен равномерно разпределен товар; w(x) -провисването на еластичната линия; p(x) - земната реакция; E,I -еластичният модул и инерционният момент на гредата.•Другата основна предпоставка на метода на Winkler епропорционалност между земната реакция и слягането(провисването на еластичната линия) т.е., p(x)=К.q(x); илиp(x)=К. w(x).•Параметърът КК се нарича коефициент на леглото. Видно е, чепри w(x)=1, p=К; т.е., коефициентът на леглото е напрежение,което предизвиква слягане единица. Измерва се в N/m3

Ивични фундаменти.Греда върху еластична основа

� На базата на експериментални изследвания, в литературата седават следните средни стойности на коефициента на леглото:

Вид почва К, МN/m3

Пластична и полутвърда глина 1 - 3Твърда песъчлива глина 5 - 20средно сбит пясък 50 - 60Едър сбит пясък 20 - 40Сбит чакъл 50 - 60Калдаръм 80 - 150Скала ∞

Ивични фундаменти.Греда върху еластична основа

� Ако се означи K0=K.b и 4 0

4EIK=α

( ) 04)( 44

4

=+ xwdx

xwd α

Решението на това хомогенно диференциално уравнение от четвърти ред, сеполучава по метода на началните параметри. Изразът за еластичната линия сеполучава от вида:w(x)= C1ch(ααααx).cos(ααααx) + C2ch(ααααx).sin(ααααx) + C3sh(ααααx).cos(ααααx) +C4sh(ααααx).sin(ααααx);Интеграционните константи C1÷÷÷÷C4 зависят от стойностите на началнитепараметри (премествания и разрезни усилия).Като се използват основни уравнения в строителната механика се определятуравненията за: земната реакция p(x); завъртането на еластичната линия ϕϕϕϕ(x);огъващият момент M(x); напречните сили Q(x).p(x)=K.w(x); dw(x)/dx= ϕ ϕ ϕ ϕ(x); d2w(x)/dx2= -M(x); d3w(x)/dx3= -Q(x).Едно оптимално решение за определяне на разрезните усилия в гредите върхуеластична основа (ивичните фундаменти), се получава като се използват програми заЕИМ, съставени по метода на крайните елементи или крайните разлики.

Уравнението на еластичната линия приема вида:

Изчисляване на скарови фундаменти� Скаровите фундаменти се разглеждат като съставени от отделни ивични

фундаменти при отчитане на тяхното съвместно действие в местата напресичане. Задачата се решава най-оптимално чрез използване на ЕИМ, катостатически неопределима система по силов или деформационен метод.Методите, които се използват се основават на модела на Винклер. Усилиятавъв връзките между ивичните фундаменти се приемат като неизвестнивеличини. Неизвестните възлови сили се определят от условието за равенствона преместванията във всеки възел wi= wi(x)= wi(y).

Изчисляване на скарови фундаменти

wi= wi(x)= wi(y).