Несущая способность основания — это способность грунта воспринимать и передавать нагрузки от строений на более глубокие слои земли, не вызывая значительных деформаций или разрушений. Правильное определение несущей способности основания является ключевым аспектом в проектировании и строительстве зданий и сооружений.

Этапы определения несущей способности основания

1. Исследование грунта:
   • Проведение геологических изысканий для получения данных о типах и характеристиках грунтов, находящихся под основанием.
   • Изучение структуры, влажности, плотности, глубины залегания и других физических свойств грунта.
2. Определение параметров грунта:
   • Основные параметры, которые необходимо знать для расчета несущей способности, включают:
     • Угол внутреннего трения ($\varphi$): характеризует прочность грунта при сдвиге.
     • Коэффициент сцепления ($c$): показывает, какая часть прочности грунта обеспечивается сцеплением частиц.
     • Плотность грунта: влияет на его нагрузочную способность.
3. Методы определения несущей способности:
   • Статическое зондирование: используется для определения сопротивления грунта при нажатии.
   • Динамическое зондирование: основано на оценке реакции грунта на динамическое воздействие.
   • Пробные свайные испытания: включают установку временной сваи и оценку ее деформации под нагрузкой.
   • Лабораторные испытания: анализ образцов грунта для определения его физических и механических свойств.
4. Расчет несущей способности:
   • На основе полученных данных используется несколько методов для вычисления несущей способности:
     • По методу Мора-Коллонна:

       Qн=c⋅A+N⋅tan⁡(ϕ)⋅AQ_{н} = c \cdot A + N \cdot \tan(\phi) \cdot AQн​=c⋅A+N⋅tan(ϕ)⋅Aгде:

       • QнQ_{н}Qн​ — несущая способность;
       • $c$ — коэффициент сцепления;
       • $A$ — площадь основания;
       • $N$ — нормальная нагрузка на основание;
       • $\varphi$ — угол внутреннего трения.
     • По предельной несущей способности:

       Qп=qд⋅SQ_{п} = q_{д} \cdot SQп​=qд​⋅Sгде:

       • QпQ_{п}Qп​ — предельная несущая способность;
       • qдq_{д}qд​ — допустимое давление на грунт;
       • $S$ — площадь основания.
5. Проверка на деформации:
   • Определите допустимые деформации и сравните их с расчетными значениями.
   • Убедитесь, что предполагаемые осадки находятся в пределах допустимых значений, чтобы избежать повреждений конструкции.

Пример определения несущей способности основания

1. Дано:
   • Площадь фундамента: 4 м².
   • Коэффициент сцепления ($c$): 20 кПа.
   • Угол внутреннего трения ($\varphi$): 30°.
   • Нормальная нагрузка: 100 кН.
2. Расчет несущей способности:

   Qн=c⋅A+N⋅tan⁡(ϕ)⋅AQ_{н} = c \cdot A + N \cdot \tan(\phi) \cdot AQн​=c⋅A+N⋅tan(ϕ)⋅A Qн=20 kPa⋅4 m2+100 kN⋅tan⁡(30°)⋅4 m2Q_{н} = 20 \, \text{kPa} \cdot 4 \, \text{m}^2 + 100 \, \text{kN} \cdot \tan(30°) \cdot 4 \, \text{m}^2Qн​=20kPa⋅4m2+100kN⋅tan(30°)⋅4m2 $$=80\text{kN}+100\cdot 0.577\cdot 4\approx 80+231\approx 311\text{kN}$$

3. Заключение:
   • Если рассчитанная несущая способность превышает проектные нагрузки, основание считается безопасным. В противном случае, необходимо рассмотреть варианты усиления основания или изменения конструкции.

Заключение

Определение несущей способности основания — это важный этап в проектировании, который помогает обеспечить безопасность и устойчивость сооружений. Систематический подход к проведению исследований и расчетов позволяет минимизировать риски, связанные с осадками и деформациями конструкций.