Расчет фундаментов с анкерами в нескальных грунтах

Общие положения

Фундаменты с анкерами в нескальных грунтах применяются при действии значительных моментных нагрузок (крановых, ветровых и т.п.) в том случае, если эксцентриситет приложения нагрузки, вычисленный на уровне подошвы фундамента, превышает 0,2 размера подошвы в плоскости действия моментной нагрузки. Необходимость применения таких фундаментов в каждом конкретном случае обосновывается технико-экономическим сравнением с другими фундаментами: на естественном основании, свайными и др.

В качестве анкеров используются сваи трения, жестко связанные с телом фундамента. Воспринимая выдергивающие, а при знакопеременных моментных нагрузках и вдавливающие усилия, они трансформируют эпюру контактных напряжений, распределяя их более равномерно в плоскости действия моментной нагрузки, чем идентичные фундаменты без анкеров; кроме того, они уменьшают крен и отрыв подошвы. Применение таких фундаментов целесообразно в твердых, полутвердых, тугопластичных связных грунтах и в плотных, средней плотности несвязных грунтах с модулем деформации, превышающим 10 МПа.

Размеры подошвы фундаментов с анкерами определяются по сочетанию нагрузок, в котором действует максимальное вертикальное усилие. Параметры анкеров назначаются исходя из расчета по сочетанию усилий, в котором действует максимальный момент или минимальная вертикальная сила. Анкеры следует располагать симметрично в плоскости действия моментной нагрузки на расстоянии от наружной грани фундамента, равном размеру поперечного сечения анкера d, в один или два ряда у каждой грани. Расстояние между отдельными анкерами в ряду должно быть не менее (4-5) d. Глубина заложения подошвы фундамента с анкерами принимается такая же, как и для обычного фундамента мелкого заложения на естественном основании. Тем самым удается избежать повышения массы фундамента за счет увеличения глубины его заложения при значительных моментных нагрузках.

В соответствии с принятой моделью основания для характеристики его жесткости при повороте фундамента в расчет вводится коэффициент неравномерного сжатия с, имеющий размерность Н/м³ и вычисляемый по формуле

с = α₁α₂ Е, (105)

где α₁, α₂ – коэффициенты, определяемые по рис.24 и 25.

Рис.24. К определению коэффициента α₁

Рис.25. К определению коэффициента α₂

Для характеристики работы анкеров в фундаментах используются параметры податливости: с_a^t и на вдавливание с_а^р. Эти параметры определяются из зависимости перемещений от нагрузок при выдергивании и вдавливании анкеров, принимаемой линейно по рис.26. При действии на фундамент сочетания нагрузок с максимальным вертикальным усилием на каждый анкер передается максимальная нагрузка, равная F_а^р. В процессе работы фундамента происходит уменьшение вертикальной нагрузки до минимальной величины N `, принимаемой из второго или третьего сочетаний (N ` - минимальное из значений N_a и N_min), и соответственно разгрузка анкеров до значения N₁^р. При этом соблюдается следующее соотношение:

N₁^р / F_а^р = ξ N` / N_max, (106)

где ξ – коэффициент, который можно принимать равным единице в диапазоне изменения N `=(0,4÷1) N_max.

Рис.26. К определению параметров податливости сжатых и выдергиваемых анкеров

1 – фактическая зависимость; 2 – зависимость, используемая в работе

В пределах изменения вертикальной нагрузки от N ` до N_max параметр податливости на вдавливание определяется по формуле

с_а^р = (F_а^р – N₁^р)/ δ _al^p, (107)

где δ _al^p – предельное допускаемое перемещение сжатого анкера; F_а^р – несущая способность сжатого анкера.

Параметр податливости анкеров на действие выдергивающих нагрузок вычисляется по формуле

с_а^t = F_а^t / δ _al^t, (108)

где δ _al^t – предельное допускаемое перемещение выдергиваемых анкеров; F_а^t – несущая способность выдергиваемого анкера.

Несущую способность анкеров рекомендуется определять по графикам статических стандартных испытаний выдергивающими и вдавливающими нагрузками. При отсутствии графиков F_а^р и F_а^t определяются расчетом по СНиП II-17-77, а δ _al^p и δ _al^t назначаются равными соответственно 0,2 предельной допустимой осадки для данного сооружения и 0,5см.

При действии на фундамент знакопеременных моментных нагрузок несущую способность сжимаемых и выдергиваемых анкеров следует определять с учетом коэффициента цикличности k, который показывает степень уменьшения несущей способности и принимается равным 0,8.

Расчетная схема фундамента с анкерами представлена на рис.27. Анкеры в расчете учитываются как жесткие стержни, воспринимающие сжимающие и выдергивающие усилия за счет сил трения по боковой поверхности и лобового сопротивления при вдавливании.

Рис.27. Расчетная схема фундамента

а – общий вид; б – схема внешних и реактивных усилий; в – схема перемещений подошвы

Для проектирования фундамента с анкерами необходимо определить характеристики грунта основания: плотность, консистенцию, угол внутреннего трения, удельное сцепление, модуль деформации.