Проектирование и оценка надежности щелевых фундаментов, а также грунтов, на которые они опираются, выполняются в соответствии с двумя группами предельных состояний. Первая группа включает проверку на прочность самой конструкции фундамента и на несущую способность основания, что предотвращает обрушение. Вторая группа связана с эксплуатационной пригодностью и включает расчет осадок основания, а также оценку образования и ширины раскрытия трещин в железобетонных элементах.
Приоритетность расчетов для разных материалов
При проектировании на нескальных грунтах основное внимание уделяется расчетам по второй группе (деформации), так как грунты могут претерпевать значительные осадки, сохраняя при этом устойчивость. В то же время для самих конструкций фундаментов критичным является расчет по первой группе (прочность), поскольку их разрушение часто происходит при относительно небольших деформациях.
Особые случаи и последовательность расчетов
В особых условиях, например, при наличии слабых водонасыщенных или скальных грунтов, при расположении объекта вблизи откосов или при действии значительных горизонтальных нагрузок, требуется дополнительный расчет оснований по первой группе, а фундаментов — по второй. Несмотря на приоритет расчета по деформациям, для фундаментов глубокого заложения, к которым относятся щелевые, подбор геометрических размеров удобно начинать с проверки несущей способности основания, а затем уже выполнять более детальный расчет осадок.
Сочетания нагрузок и их характеристики
Расчет на несущую способность выполняется для основных, а при их наличии — и для особых сочетаний нагрузок. Расчет по деформациям (осадкам) производится только для основных сочетаний. Исходной величиной является нормативная нагрузка — это максимальное ожидаемое значение при нормальных условиях эксплуатации, установленное нормативными документами.
Поскольку реальная нагрузка может отклоняться от нормативной, вводится коэффициент надежности по нагрузке (γf). Произведение нормативной нагрузки на этот коэффициент дает расчетное значение нагрузки, которое и используется во всех вычислениях. Важно отметить, что расчеты по первой группе предельных состояний выполняются с коэффициентом γf > 1, а расчеты по второй группе (деформации) — с γf = 1.
Особенности щелевых фундаментов как конструкций глубокого заложения
Технология устройства щелевых фундаментов (в траншеях, заполняемых бетоном) относит их к конструкциям глубокого заложения. Это определяет две ключевые особенности их работы:
- Вертикальная нагрузка воспринимается не только основанием под подошвой, но и силами трения по всей боковой поверхности фундамента.
- Расчет на действие горизонтальных сил и опрокидывающих моментов должен учитывать упругую заделку фундамента в массив грунта с ненарушенной структурой.
Применяемые расчетные модели
До разработки специализированных методов для щелевых фундаментов в практике проектирования успешно применяются подходы, используемые для свай и буровых опор. Наибольшее распространение получили две модели, основанные на теории упругости:
- Модель упругой среды (гипотеза Винклера): предполагает пропорциональность давления на грунт его осадке через коэффициент постели. Эта модель проще для расчетов и широко используется на практике.
- Модель упругого линейно-деформируемого полупространства: использует более точное гиперболическое распределение деформаций (решение Буссинеска) и лучше отражает реальные свойства грунтовых массивов. Однако ее применение связано со значительным усложнением вычислений, поэтому в инженерной практике она используется реже первой.