Влаштування армованих основ під фундаменти будівель

 

Рис. 7. Графіки залежності вертикальних напружень від навантаження на глибині Н = 3 В: 1 – неармований ґрунт; 2 -оболонка і два горизонтальні шари сіток, при найбільш ефективних параметрах армування; 3 – теж саме з закріпленими кінцями.

 

Концентрація напружень в вертикальному напрямку на глибині Н = 3, 0 В при раціональній схемі армування зменшилась в порівнянні з неармованим ґрунтом в 1, 5 – 3 рази. Це пов'язано з формуванням силового поля в горизонтальному напрямку силами тертя між арматурними елементами і ґрунтом.

Покращення по глибині деформаційних характеристик армоґрунту дають нам підставу розглядати основу як анізотропну, характеристики якої в вертикальному напрямку через наявність арматури значно покращуються.

Арматурні елементи в ґрунтовому масиві сприймають зусилля висмикування за рахунок контактного опору зсуву, який розвивається по обом поверхням сіток і обумовлюється силами тертя при їх обтиску власною вагою ґрунту і додатковим зовнішнім навантаженням. Важливу роль грають шорсткість і жорсткість елементів.

Дослідження виявили, що при відсутності навантаження на глибині 0, 15 В практично не було опору висмикуванню сіток. При наявності навантаження цей опір ставав помітним і може бути зображений нерівномірною епюрою. Зусилля, що передувало миттєвому зриву, склало 0, 8кН при переміщенні 0, 8мм, а модуль зсуву був рівний 17МПа відповідно. На глибинах 0, 25 В миттєве висмикування сіток не спостерігалось, а мало місце безперервне збільшення переміщень від постійного зусилля висмикування. На глибині 0, 75 В лінійна ділянка залежності “ зусилля – переміщення ” простягалась до значень зусиль висмикування 0, 8 кН. Модуль зсуву склав 30 МПа. Руйнування при висмикуванню носило крихкий характер, тобто мав місце миттєвий зрив.

Сили взаємодії арматурних елементів з ґрунтом по їх довжині відповідають нерівномірним обрисам. Дотичні напруження виявились більшими на глибині при ущільненні ґрунту і знижувались в зоні руйнування основи.

Четвертий розділ містить основні теоретичні розрахунки армованих основ з врахуванням їх механічної анізотропії.

Введення в ґрунт горизонтальних арматурних елементів, що мають набагато вищі показники жорсткості і міцності, перетворює його на анізотропне середовище. В вертикальному напрямку наявність арматури в масиві ґрунту суттєво змінює його характеристики. Це підтверджено отриманими результатами модельних випробувань. Розрахунок армованих основ зводиться головним чином до визначення впливу параметрів армування на розподілення напружень і відповідно деформацій в шарах армоґрунту. Рішення базується на основних формулах напруженого стану анізотропної напівплощини навантаженої зосередженим лінійним навантаженням. Основа представлена лінійно – деформівним пористим середовищем, стан якого характеризується модулями деформацій Еx, Ez, коефіцієнтами Пуассона νx, νz і модулем зсуву Gz..

Максимальне дотичне і головне напруження під центром навантаження:

 , (2)

Зусилля в арматурних елементах при їх висмикуванні і розтягу не повинні перевищувати сил тертя:  , (3)

де Т – величина сили, що витягує арматуру; F – сила тертя.

Вводимо допущення, що по всій довжині горизонтального арматурного елементу дотичні напруження в ґрунті зберігають свої максимальні значення, тобто  . Такі напруження повинні враховуватись в межах об'єму впливу арматурного елементу, що йде в запас міцності.

Тоді,  , (4)

Зусилля Т знаходимо аналогічно із врахування максимальних вертикальних стискаючих напружень, що діють по контакту з арматурою:

    , (5)

де,  - площа контакту арматури; f – коефіцієнт тертя

Граничне горизонтальне подовження кінців арматурних елементів:

 , (6)

Вертикальна відстань hарм між арматурними шарами:

 , (7)

Модуль деформації армованих основ виражений через параметри армування:

 , (8)

При влаштуванні фундаменту на армованій основі ґрунтова товща буде неоднорідна, так як деформаційні характеристики армованого шару і шару природного ґрунту можуть суттєво відрізнятись. Тому при розрахунку осадок фундаментів необхідно враховувати характеристики окремих шарів ґрунту, що складають основу.

Виходячи з цього, пропонується розраховувати осадку армованої основи на базі загальних принципів методу пошарового сумування, з врахуванням таких особливостей:

- додаткові вертикальні напруження  в армованій основі визначаються з врахуванням параметрів армування і деформаційної анізотропії ґрунтів, при цьому Ez – визначаємо за формулою (8) ;

- активна зона розбивається на елементарні шари товщиною 0, 4b, де b – ширина підошви фундаменту;

- нижня границя стиснутої зони визначається критерієм:  ≤   (9)

- осадка кожного елементарного шару в межах армування визначається за формулою:

 , (10)

де, hi' – товщина i – го шару армованого ґрунту; Еі – розрахункове значення модуля деформації армованого шару з врахуванням параметрів армування; β1 - коефіцієнт, що враховує пористість і анізотропію армованого ґрунту, визначається за формулою:

 , (11)

де,  - коефіцієнт Пуассона армованого шару;  - коефіцієнт пористості армованого ґрунту; δ – коефіцієнт деформаційної анізотропії.

- осадка кожного елементарного шару природного ґрунту, що підстилає армований ґрунт визначається за формулою:

 , (12)