СРАВНЕНИЕ РАСЧЕТА ФУНДАМЕНТОВ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ ПО РОССИЙСКИМ НОРМАМ И ЕВРОКОДУ 7

В 2003 году страны Евросоюза приняли в окончательной редакции текст Еврокода 7 (ЕК) [1]. В странах ЕС ЕК получают статус национальных типажей, а возражающие им окрестные правила исключаются [2]. Проектным фирмам [5], не исполняющие требования Еврокодов, проход на европейский строительный рынок будет закрыт. На наш взгляд, в скором времени РФ может столкнуться с необходимостью пересмотра строительных норм на их соответствие европейским стандартам.

На сегодняшний день одной из задач проектирования фундаментов является определение параметров фундамента мелкого заложения под заданную нагрузку.

1.Особенности расчета по строительным правилам РФ

Методика проектирования основания охватывает определение показателей свойств грунта, величины нагрузок и соответствующих осадок. Термины и условные обозначения текущего раздела соответствуют СП 22.13330.2016 (СП) [3].

1.1.Показатели грунтов

Для получения информации о показателях грунта проводится серия опытов для большей достоверности. Исходя из числа экспериментов и коэффициента вариации относительно доверительной вероятности, вычисляются коэффициенты надежности по грунту для первой  и второй  групп предельных состояний, а также расчетные показатели с односторонней доверительной вероятностью соответственно 0,95 и 0,85.

Отметим, что повышение числа экспериментальных определений показателей грунтов и уменьшение коэффициентов вариации привело бы к снижению коэффициентов надежности по грунту и сближению расчетных и нормальных показателей.

1.2.Расчет допустимой нагрузки по деформациям

По п. 5.1.5 СП [3] определяется нужно ли рассчитывать по деформации исследуемый грунт.

По п.5.6.7 СП [3] при вычислении деформаций основания по схемам линейно-деформируемого полупространства или слоя не должно превышать расчетного сопротивления грунта основания давление под подошвой фундамента

                                                      (1.1)

где  - глубина и ширина подошвы фундамента;

       , ,,,,,-коэффициенты, определяемые по таблицам СП;

      ,-свойства грунта.

При давлении, равном R, под подошвой появляются локальные зоны предельного состояния, а нагрузка, действующая на основание, ниже его несущей способности. Теоретически СП допускает возможность использования других нелинейных способов расчета деформаций, которые не ограничивают давление под подошвой величиной R. При этом абсолютный предел нагрузки назначается расчетом по несущей способности. Однако из-за отсутствия в СП нелинейного метода величина R в отечественной практике проектирования рассматривается как предельно допустимое давление, хотя осадка при этом может быть мала, а нагрузка отдалена от несущей способности основания.

Допустимая вертикальная нагрузка на основание

                                                                                                             (1.2)

1.3.Расчёт по несущей способности

Этот расчет обычно используется для сопоставительной оценки.

По п. 5.7.3 [3] вертикальная составляющая силы предельного сопротивления основания (несущая способность)

                                                                    (1.3)

где , ,-глубина, длина и ширина подошвы фундамента;

       ,,-коэффициенты несущей способности, определяемые по таблице СП;

,-свойства грунта(см.табл.1);

 , ,-коэффициенты формы фундамента, определяется по формулам:

                                                                                                    (1.4)

                                                                                                      (1.5)

                                                                                                      (1.6)

По п.5.7.2 СП [3] предельная расчетная вертикальная нагрузка на основание

                                                                                                         (1.7)

где  -коэффициент условий работы, принимаемый для песков 1,0 для пылевато-глинистых грунтов в стабилизированном состоянии 0,9;

 -коэффициент надежности по назначению сооружения, принимаемый равным 1,2; 1,15 и 1,10 в соответствии для сооружений и зданий  , , классов.

2.Расчет по ЕК7

Условные обозначения и термины данного раздела соответствуют ЕК7 [1].

2.1.Принцип проектирования

При проектировании фундаментов предусматриваются два вида предельных состояний:

а- превышение вертикального предельного сопротивления (несущей способности);

б- чрезмерные осадки, которые перебивают нормальную эксплуатацию проектируемого объекта.

По условию (а) неравенство должно быть удовлетворено

                                                                                                              (2.1)

                                                                                                        (2.2)

                                                                                                      (2.3)

где  - предельное значение нормального к подошве компонента полной нагрузки

       -проектное значение нормального к подошве компонента полной нагрузки;

-предельное сопротивление основания, определяется расчетом;

-проектное предельное сопротивление основания;

 - проектное значение свойства грунта; - характеристическое значение свойства грунта, определяемое по результатам испытаний с доверительной вероятностью 0,95;

 - проектное значение свойств грунта; - частные коэффициенты надежности: - по нагрузкам, - по сопротивлению, - по грунту.

Подставив (2.2) и (2.3) в (2.1), получим развернутое условие (а)

                                                                                          (2.4)

При расчете формулы (2.4) ЕК7 [1] допускает три проектных подхода, ссылаясь на опыт разных европейский стран.

Отличаются подходы значением коэффициентов надежности: запасы вводятся преимущественно либо в нагрузки, либо в показатели сопротивления.

Ограничимся исследованием подхода 1(предпочитаемого в большинстве европейских стран), согласно которому следует убедиться, что предельное состояние не возникает как при наборе коэффициентов надежности 1.1, так и при наборе 1.2.

В наборе 1.1. запас включается в нагрузки, а R вычисляется по характеристическим свойствам грунта без коэффициентов надежности.

Уравнение (2.4) принимает вид

                                                                                                 (2.5)

предельная допустимая нагрузка при этом

                                                                                                    (2.6)

В наборе 1.2 запас вводится в показатели прочности грунта. Уравнение   (2.4) принимает вид

                                                                                                   (2.7)

а предельная допустимая нагрузка при этом

                                                                                                   (2.8)

Освидетельствование предельного состояния по условию (б) делается по уравнению

Где  - проектное значение эффекта нагрузок (таких как, осадок, кренов); -предельное значение эффекта нагрузок.

Частные коэффициенты надежности при этом равны единице.

2.2.Аналитический метод расчета предельного сопротивления основания

По ЕК7 [1] предельное сопротивление основания R может быть определено различными путями: аналитическим методом, по результатам прессиометрии, численного и физического моделирования, основанного на опыте местного строительства и др.

При применении аналитического метода

                                                                  (2.9)

где  и  - удельный вес грунта соответственно под подошвой и выше подошвы;

 и  - длинна и ширина фундамента;

 -глубина заложения;

  -безразмерные коэффициенты для несущей способности;

 -формы квадратного фундамента.

Формула (2.9) удобна тем, что все входящие в нее безразмерные коэффициенты вычисляются аналитически и не нуждаются обращения к таблицам. Формула в этом месте приводится в усеченном виде только лишь для центрально нагруженного квадратного фундамента с горизонтальной подошвой.

Вывод

Проанализировав два подхода к проектированию фундаментов мелкого заложения можно выделить следующие особенности:

- в отличии от СП [3], Еврокод 7 [1] принимает обеспеченность 95 % для расчетов свойств грунтов, и вводит частные коэффициенты надежности, что обеспечивает запас прочности;

- коэффициенты, используемые в формуле несущей способности по СП, завышают значение получаемого результата;

- при проектировании «по деформациям» допустимые нагрузки на основание по СП ниже, при этом они не связаны с допустимыми деформациями сооружения;

- при определении осадки фундамента в ЕК7 [1] используется более низкий модуль грунта.

Несмотря, на все вышеперечисленные отличия, получаемые результаты схожи между собой, и, внеся немногие корректировки в СП, можно будет получить расчет, совпадающий с расчетом Еврокода. Однако, это сделает расчет более трудоемким.

Список литературы:

1. EN 1997-1 (2004) (English): Eurocode 7: Geotechnical design - Part 1: General rules. Final draft, 2004
2. Ильичев В.А., Фадеев А.Б. Европейские правила геотехнического проектирования // «ОФМГ».-2002-№6.
3. СП 22.13330.2016 Основания зданий и сооружений. М., ГУП ЦПП, 2016 г.
4. Франк Р. Еврокод 7 – Европейские нормы геотехнического проектирования // Реконструкция городов и геотехническое строительство.-2005-№9