Несущая способность была определена по формулам механики грунтов и численным моделированием, после чего сопоставлена с табличным значением. Проверка несущей способности выполнена в соответствии с классическими решениями механики грунтов на основе решения задачи о жестком штампе (рис.2).


Классическое решение по определению критической нагрузки
Рис.2. Классическое решение по определению критической нагрузки

Первая критическая нагрузка на грунт, соответствующая частичному развитию в основании сооружения областей предельного напряженного состояния, определяется по формуле [6]:

Без-имени-3.jpg

где Мb, Mh, Mc – коэффициенты несущей способности; b – ширина фундамента; h – заглубление; с – удельное сцепление грунта; γср- удельный вес.

Для определения второй критической нагрузки на грунт была принята формула ОДМ 218.5.003-2010 «Рекомендации по применению
геосинтетических материалов при строительстве и ремонте автомобильных дорог», в которой величины коэффициентов (М1, M2, M3) приведены для угла внутреннего трения слабых грунтов:


угл внутреннего трения слабых грунтов

где М1, M2, M3 – коэффициенты несущей способности; Dz – ширина штампа; hн – мощность верхнего слоя; с – удельное сцепление грунта;γ – удельный вес.

Для определения первой и второй критической нагрузки выполнено моделирование штамповых испытаний грунтов. Для примера взят
грунт, имеющий значение условного сопротивления R0=181 кПа.

На рис. 3 показаны изополя приращений полных деформаций при определении критической нагрузки, картина полностью соответствует классическим решениям механики грунтов. Максимальная нагрузка, соответствующая полному исчерпанию несущей способности, равна Pкр=320 кН/м2.


Схема потери устойчивости жесткого штампа
Рис. 3. Схема потери устойчивости жесткого штампа


Однако в отечественной механике грунтов принято использовать понятие допустимой нагрузки (первая критическая), которая соответствует стадии, предшествующей смыканию областей пластических деформаций, зарождающихся под штампом.



Рис. 4. Развитие зон пластических деформаций при нагрузке 120 кН/м2
Рис. 4. Развитие зон пластических деформаций при нагрузке 120 кН/м2
Рис. 5. Развитие зон пластических деформаций при нагрузке 130 кН/м2
Рис. 5. Развитие зон пластических деформаций при нагрузке 130 кН/м2

Таким образом, можно определить расчетное сопротивление как момент начала смыкания зон пластичности под штампом. Согласно численному моделированию, эта величина соответствует нагрузке Pдоп = 130 кН/м2.

Несущая способность грунтов зависит от прочностных характеристик,особенно от угла внутреннего трения. Величина угла внутреннего трения менее 14-16° считается соответствующей слабым грунтам. Результаты расчетов критических нагрузок, полученных МКЭ (методом конечных элементов) и по формулам (1 и 2), представлены в таблице 2.


Таблица 2
Результаты расчетов несущей способности
 Условное
сопротивление
R0,кПа 
  1-я критическая нагрузка, кПа   2-я критическая нагрузка,
  Pдоп (Маслов)   Pдоп (МКЭ)   Pдоп
(ОДМ)
  Pдоп (МКЭ)
 181   132   130 292    320

Очевидно, что теоретическое решение по формуле (1) очень хорошо согласуется с численным моделированием, однако при этом величина R0 для ИГЭ-11 является завышенной, что связано с различными методами получения физических и механических характеристик, субъективностью и погрешностями определения. Значение, полученное по формуле (2), не всегда совпадает с численным решением, но, учитывая, что инженерное решение является приближенным методом, результаты, полученные МКЭ,
считаются более достоверными.

Полученные результаты соответствуют фундаменту, находящемуся непосредственно на дневной поверхности грунта, фундамент же водопропускной трубы относится скорее к фундаменту глубокого заложения и имеет значительную несущую способность. Для иллюстрации приведем пример (рис. 6): фундамент, располагающийся непосредственно на грунте, имеет несущую способность 320 кН/м2, на песчаной подушке толщиной 75 см – 540 кН/м2, а несущая способность с учетом подушки и веса насыпи высотой 5,5 м – 1520 кН/м2. Такая разница объясняется необходимостью перемещения значительных масс грунта при расположении фундамента в
теле насыпи.


Расчетная схема к определению несущей способности основания и изополяполных перемещений
Рис. 6. Расчетная схема к определению несущей способности основания и изополя
полных перемещений: а) – фундамент непосредственно на грунте (P=310 кН/м2);
б) – фундамент на песчаной подушке с заглублением (540 кН/м2);
в) – фундамент на песчаной подушке с насыпью на всю высоту (1520 кН/м2)

Таким образом, критерий несущей способности для водопропускных труб не может являться критичным. По статистике, наиболее часто встречающимся дефектом железобетонных труб является раскрытие швов (около 70% по отношению к общему количеству обследованных труб) [2]. Поэтому одной из рекомендаций при проектировании на слабых грунтах является использование в крайних секциях и открылках оголовков фундаментов с наклонными сваями. Альтернативным вариантом является применение геосинтетических материалов.


Рассказать друзьям: