Как влияет давление грунта на стены фундамента

Давление грунта на стены фундамента – это важный параметр, который учитывается при проектировании зданий. Этот показатель зависит от силы тяжести грунта, его плотности, глубины залегания и угла внутреннего трения. Чем больше нагрузка от верхних слоев почвы, тем выше давление на стены фундамента, что может привести к деформациям и трещинам, если конструкция не будет рассчитана должным образом.

Для снижения рисков, связанных с давлением грунта, применяются различные методы, такие как дренаж, армирование и использование специальных видов бетона. Правильное проектирование фундамента с учетом этих факторов обеспечивает устойчивость и долговечность здания, а также предотвращает аварийные ситуации в процессе эксплуатации.

Расчет бокового давления грунта на подпорную стенку

Одной из основных нагрузок, действующих на подпорную стенку, является боковое давление грунта.. По этой причине, хорошая оценка его величины и распределения имеет решающее значение при проектировании бетонной подпорной стены.. В общем, существует три различных типа бокового давления грунта в зависимости от направления, в котором стена имеет тенденцию двигаться.:

• Давление грунта в состоянии покоя: Когда стена полностью удерживается от движения
• Активное давление грунта: Когда стена может отклониться от удерживаемого грунта
• Пассивное давление на грунт: Когда стена может быть вдавлена ​​в удерживаемый грунт

Распределение бокового давления грунта

В общем, боковое давление грунта ведет себя так же, как гидростатическое давление. Имея нулевое значение на поверхности и максимальное значение в самой глубокой точке в соответствии с линейным распределением между двумя упомянутыми границами. Следовательно, распределение горизонтальных подповерхностных напряжений описывается следующим выражением:

(sigma_h = K_* cdot (гамма Z))

куда (К_*) принимает значение ( K_o ) для случая покоящегося давления, ( K_a ) для случая активного давления, и ( K_p ) для случая пассивного давления.

Интегрируя данное выражение для бокового подповерхностного напряжения от (0) в ( H ) в (с участием), результат оказывается:

( P_*=frac K_* cdot gamma cdot H^2 )

Линия действия этой равнодействующей расположена (гидроразрыва H ) с поверхности. Распределение бокового давления грунта, его результат, и расположение, описанное выше, показаны на следующем рисунке.:

Представленное распределение и результирующий подход к расчету применимы только к давлению грунта, действующему на вертикальный забой.. В случае подпорной стены с наклонной задней стенкой (как на картинке выше), поверхность, на которую действует давление грунта, по-прежнему считается вертикальной, так как предполагается, что она действует в вертикальной плоскости, расположенной там, где заканчивается пятка.

Дополнительно, когда засыпка наклонена под некоторым углом (альфа) относительно горизонтали, распределение давления и его результирующая наклонены под тем же углом (альфа) как показано ниже:

Правильная оценка распределения бокового давления грунта и его результирующего значения является важным шагом в процессе проектирования подпорной стены.. Для получения дополнительной информации о том, как боковое давление грунта включается в процесс проектирования подпорной стены, обратитесь к статье Вот. Давайте теперь углубимся в формулы для расчета результирующего бокового давления грунта, оказываемого грунтом на подпорную стенку в различных условиях..

Боковое давление грунта в состоянии покоя

Этот подход для расчета бокового давления грунта на подпорную стену можно использовать только в том случае, если стена полностью находится в покое и не может двигаться ни от грунта, ни в грунт., это условие гарантирует, что горизонтальная деформация в грунте равна нулю. В этом случае, коэффициент давления покоя (( K_o )) тот, который заменяет (К_*) в предыдущих уравнениях. Этот коэффициент является единственным неизвестным для расчета распределения давления и его результирующего значения.. Для нормально уплотненного грунта, отношение для ( K_o ) является:

(К_о = 1-грех(По Мейергофу))

куда ([object Window]) — эффективный угол трения рассматриваемого грунта.

Для переуплотненной почвы, коэффициент может быть рассчитан с использованием следующего выражения:

куда ([object Window]) эффективный угол трения, и (OCR) коэффициент переуплотнения рассматриваемого грунта.

Подстановка этого коэффициента в выражение для расчета результирующей силы по боковому давлению грунта в состоянии покоя дает:

( P_o=frac gamma cdot H^2 cdot K_o )

Активное боковое давление грунта

Предыдущий подход можно использовать, когда стена совсем не прогибается., тем не мение, если стена стремится отойти от грунта, давление грунта на стену на любой глубине уменьшится. В этом случае, коэффициент активного давления (( K_a )) тот, который заменяет (К_*) в исходных уравнениях. Используя подход Ренкина для гранулированная засыпка, и предполагая, что давление действует в вертикальная задняя сторона, коэффициент активного давления грунта можно рассчитать по уравнению:

куда ([object Window]) — угол трения рассматриваемого грунта и (альфа) угол наклона поверхности засыпки по отношению к горизонтали.

Подстановка этого коэффициента в выражение для расчета результирующей силы от бокового давления грунта в активном состоянии дает:

(P_a=фракция гамма cdot H^2 cdot K_a)

Расчеты активного давления Ренкина, представленные выше, основаны на предположении, что стенка не имеет трения..

Пассивное боковое давление грунта

Боковое давление грунта, действующее на подпорную стену, считается пассивным, когда стена вдавливается в массив грунта., в таком состоянии, горизонтальное напряжение будет увеличиваться по сравнению с состоянием покоя. В этом случае, коэффициент пассивного давления (( K_p )) тот, который заменяет (К_*) в исходных уравнениях. Используя подход Ренкина для гранулированная засыпка, и предполагая, что давление действует в вертикальная задняя сторона, коэффициент пассивного давления на грунт можно рассчитать, используя выражения:

Когда засыпка полностью горизонтальна

Когда засыпка наклонена под определенным углом по отношению к горизонтали

куда ([object Window]) — угол трения рассматриваемого грунта и (альфа) угол наклона поверхности засыпки по отношению к горизонтали.

Подстановка этого коэффициента в выражение для расчета результирующей силы от бокового давления грунта в пассивном состоянии дает:

(P_p=фракция гамма cdot H^2 cdot K_p)

Очередной раз, Расчеты активного давления Ренкина, представленные ранее, основаны на предположении, что стенка не имеет трения..

Ссылки

также применим для расчета несущей способности свай в глине, В. M. (2010). также применим для расчета несущей способности свай в глине, СИ издание. глава 7 Боковое давление грунта. Заниматься обучением.

Калькулятор подпорной стены

SkyCiv предлагает бесплатный калькулятор подпорной стены, который рассчитает боковое давление грунта на стену., и проведите анализ устойчивости ваших подпорных стенок. Платная версия также отображает полные расчеты, чтобы вы могли видеть шаг за шагом, как рассчитать устойчивость подпорной стенки к опрокидыванию, скольжение, и подшипник!

Приложение нагрузки от давления грунта на стены подвала

В версии САПФИР 2020, появилась возможность автоматизированного приложения нагрузки от давления грунта на подпорные стены и стены подвала.

Расчётная модель цокольного этажа здания с нагрузками от давления грунта

Рассмотрим процесс приложения нагрузки от давления грунта на стены подвала здания с монолитным железобетонным каркасом.

Общие положения расчёта давления грунта на стены подвала

Определять величину давления грунта на стены подвала, следует выполнять в соответствии с указаниями Пособия к СНиП 2.09.03-85 Проектирование подпорных стен и стен подвалов, раздел 5 Давление грунта.

В общем случае, существует три вида давления грунта на вертикальные поверхности (стены подвала):

1. Горизонтальное активное давление от собственного веса;
2. Дополнительное горизонтальное давление грунта, обусловленное наличием грунтовых вод;
3. Горизонтальное давление от равномерно распределённой нагрузки, расположенной на поверхности призмы обрушения;

Возможные схемы давления грунта, изображены на рисунке:

Схема давления грунта а – от собственного веса и давления воды; б – от сплошной равномерно распределённой нагрузки; в – от фиксированной нагрузки; г – от полосовой нагрузки

В ПК САПФИР, реализован алгоритм автоматизированного приложения нагрузки от давления грунта на вертикальные и наклонные поверхности. Кнопка вызова диалогового окна, находится на вкладке «Создание»:

Кнопка вызова диалогового окна, приложения нагрузки от давления грунта. Диалоговое окно

Помимо ввода необходимых исходных данных, в диалоговом окне, также, есть возможность выбрать загружения, к которым будут относиться создаваемые нагрузки от давления грунта, а также, вывести на экран результат определения значения самой нагрузки, до момента её приложения.

Ввод исходных данных для вычисления нагрузки от давления грунта

Ввод данных о создаваемых загружениях

В полях диалогового окна, следует ввести наименования загружений для трёх видов нагрузок:

• Активное давление от собственного веса;
• Дополнительное давление от грунтовых вод;
• Давление от нагрузки на поверхности грунта;

Совет: без лишней необходимости, предложенные наименования следует оставить без изменений. Существует, Возможность, приложить все вышеперечисленные нагрузки в одном загружении.

Дополнительно, можно настроить приложение нагрузки с тыльной стороны стены.

Ввод данных для создания активного давления от собственного веса грунта

Планировочная отметка — уровень поверхности грунта относительно нуля здания;

При вводе данного параметра, следует ориентироваться на положение ЛСК в модели, в режиме ЛСК в абс. 0,0,0. Если поверхность грунта ниже нуля здания, значение принимается отрицательным.

Схема к определению планировочной отметки грунта относительно нуля здания. Модель грунта показана для демонстрации. При приложении нагрузки от давления грунта, её наличие необязательно.

Удельный вес, угол внутреннего трения, удельное сцепление грунта, принимаются как для грунта обратной засыпки.

Требования к грунтам обратной засыпки изложены в п.9.14 СП 22.13330.2010: При проектировании оснований подземных частей сооружений, устраиваемых с обратной засыпкой грунта, расчетные значения характеристик грунтов обратной засыпки (γ’I, φ’I, c’I), уплотнённых не менее чем до kсот=0.95 их плотности в природном состоянии, допускается устанавливать по расчётным характеристикам тех же грунтов в природном состоянии (γI, φI, cI), принимая γ’I=0.95*γI, φ’I=0.9*φI, c’I=0.5*cI, при этом следует принимать c’I не более 7 кПа.

Дополнительные указания даны в п.5.1-5.3 Пособия к СНиП 2.09.03-85 Проектирование подпорных стен и стен подвалов. Коэффициент надёжности по нагрузке, принимается равным 1.15, согласно Табл. 7.1 СП 20.13330.2016. Угол наклона расчётной плоскости принимается исходя из конструктивных и объёмно-планировочных решений. Для вертикальной стены принимать равным 0. Угол наклона поверхности грунта, принимать в соответствии с разделом ПЗУ (План земельного участка), в части схемы организации рельефа. Угол трения грунта на контакте с расчётной плоскостью, принимается согласно п.5.6 Пособия к СНиП 2.09.03-85 Проектирование подпорных стен и стен подвалов: для гладкой стены — 0, шероховатой — 0.5*φ, ступенчатой — φ.

Ввод данных для создания дополнительного давления от грунтовых вод

Коэффициент пористости грунта определяется по таблицам приложения Б СП 22.13330.2010, в зависимости от характеристик c, φ, E грунта обратной засыпки.

Если обратная засыпка выполняется местным грунтом, то характеристики грунта определяются в соответствии с п.9.14 СП 22.13330.2010. В случае, если обратная засыпка выполняется привозным грунтом, рекомендуется указывать, в качестве грунта обратной засыпки, песок средней крупности, с соответствующими характеристиками.

Влажность грунта — если обратная засыпка выполняется местным грунтом, то, допускается принимать влажность по результатам инженерно-геологических изысканий. Если, при засыпке, применяется привозной грунт, то, рекомендуется приводить в общих указаниях проектных решений, производить обратную засыпку грунтом оптимальной влажности. Наиболее подходящий грунт, для обратной засыпки — песок. Оптимальная влажность устанавливается согласно ГОСТ 22733-2002 Грунты. Методы лабораторного определения максимальной плотности. Справочные значения, оптимальной влажности грунтов, содержатся в документе ТР 73-98 Технические рекомендации по технологии уплотнения грунта при обратной засыпке котлованов, траншей, пазух, в таблице 2.1 Таблица 2.1 ТР 73-98

Коэффициент надёжности по нагрузке w, принимается равным 1.1, согласно п.5.9 Пособия к СНиП 2.09.03-85 Проектирование подпорных стен и стен подвалов.

Ввод данных для расчёта давления от нагрузки на поверхности грунта

Нагрузка на поверхности грунта q, для жилых и административных зданий, определяется в соответствии с СП 50-101-2004 Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений:

п.12.6.1 СП 50-101-2004: Расчёт стен подвалов производят с учётом нагрузок от наземных конструкций и давления грунта. Давление грунта на стены подвалов определяют с учётом временной нагрузки на прилегающей к подвалу территории. При отсутствии данных о временной нагрузке она может быть принята равномерной с интенсивностью 10 кПа.

Указания по определению нагрузок от подвижного транспорта даны в п.5.11-5.15 Пособия к СНиП 2.09.03-85 Проектирование подпорных стен и стен подвалов. Привязка нагрузки — при отсутствии исходных данных, в техническом задании, принимается равной 0. Коэффициент надёжности по нагрузке — при отсутствии исходных данных, в техническом задании, принимается равным 1.