Пад уздзеяннем нагрузкі любы грунт, за выключэннем цвёрдай пароды, асядае. Увогуле асадка ўзнікае з дзвюх прычын: ўшчыльнення грунту, г. зн. змяншэння яго аб’ёму ў выніку выціскання паветра або вады з яго пор, і бакавога выціскання грунту каля краёў падмурка ўслед за слізгаценнем цвёрдых часціц грунту.
Усаджванне грунту ў выніку ўшчыльнення складаецца з пругкіх і пластычных дэфармацый, выкліканых нагрузкай на падмурак, пры якіх падчас разгрузкі грунт часткова вяртаецца ў першапачатковы стан.
Апусканне ў выніку бакавога выціскання глебы складаецца толькі з пластычных дэфармацый, пры якіх пры разгрузцы глеба не вяртаецца ў першапачатковы стан. Яны ўзнікаюць найчасцей пры малых падмурках, выкананых на невялікай глыбіні пад паверхняй мясцовасці. Таксама да бакавога выціскання глебы прыводзіць вельмі вільготная глеба, у якой вугал унутранага трэння малы.
Улічваючы, што дапушчальнае нагрузванне грунту прымаецца ў зоне эластычна-пластычных дэфармацый, разлік асадкі выконваецца толькі на аснове змяншэння порыстасці грунту пад нагрузкай, прычым асадкі ў выніку бакавога выціскання грунту, якія прымаюцца неістотнымі, не ўлічваюцца.
Асадка ў выніку ўшчыльнення залежыць ад пранікальнасці глебы, бо яна адбываецца за кошт пор, якія ў натуральнай глебе заўсёды ў большай або меншай ступені запоўнены вадой. Таму асадка глебы пад нагрузкай з’яўляецца, па сутнасці, гідрадынамічнай з’явай, бо працэс асадкі залежыць ад хуткасці выціскання вады з пор, у якім пранікальнасць глебы адыгрывае найважнейшую ролю.
Некагерэнтныя грунты, такія як жвір і пясок, маюць буйныя поры, з-за чаго іх пранікальнасць высокая, і вада з пор пад нагрузкай фундамента хутка выціскаецца. Таму ў некагерэнтным грунце асадка пад нагрузкай фундамента адбываецца хутка, найчасцей яшчэ падчас будаўніцтва або неўзабаве пасля яго. З гэтай прычыны асадку фундамента ў некагерэнтным грунце рэдка разлічваюць.
Звязаныя грунты маюць дробныя поры, іх пранікальнасць невялікая, і выцісканне вады з пор пад уздзеяннем нагрузкі падмурка можа працягвацца вельмі доўга, у некаторых дробназярністых глінах — нават дзесяцігоддзямі. Акрамя таго, паколькі агульная порыстасць звязанага грунту значна большая, чым незвязанага, асадка звязанага грунту значна большая.
У звязным грунце, поры якога часткова запоўнены паветрам, а часткова вадой, спачатку ўзнікае асаджэнне ў выніку ўшчыльнення паветра ў порах, пры гэтым утрыманне вады застаецца пастаянным, а затым асаджэнне ў выніку выціскання вады з пор. Пры статычным нагрузжванні грунту пад уздзеяннем вагі і карыснай нагрузкі падмурка ўзнікаюць абодва гэтыя віды асаджэння, але часавы працэс асаджэння розны.
Існуюць і іншыя прычыны, якія выклікаюць асадку грунту, напрыклад пастаяннае паніжэнне ўзроўню падземных вод, хімічныя змены складу грунту і іншыя парушэнні ў грунце.
Даследаванне асадкі складаецца з папярэдняга разліку асадкі, які выконваецца на аснове лабараторнага выпрабавання ўзораў грунту і назірання за асадкай, якое праводзіцца падчас будаўніцтва аб’екта і на працягу пэўнага часу пасля гэтага.
Разлік асаджэння пры цэнтральнай нагрузцы падмурка
Разгледзім падмуркавую пяту, закладзеную ў грунце, які складаецца з некалькіх розных слаёў, напрыклад слоя пяску H0, або H1 пад пятай, слоя гліністага грунту таўшчынёй H2, слоя дробназярністай гліны таўшчынёй H3, пад якім знаходзіцца ўшчыльнены жвір большай таўшчыні слоя, з узроўнем падземных вод NPV (мал. 1a).
Для разліку асадкі неабходна нанесці дыяграму напружанняў ад уласнай вагі грунту (левы дыяграм на рыс. 1b) і дыяграму напружанняў ад дзеяння дадатковай нагрузкі ад падмурка (правы дыяграм на рыс. 1b). Дыяграму напружанняў ад уласнай вагі грунту атрымліваем з таўшчыні слаёў Σ_H_ і іх аб’ёмных ваг γ. Калі аб’ёмная вага пяску γ1, пяску пад вадой γ’1, гліністага грунту пад вадой γ’2, гліны пад вадой γ’3, то напружанні сціску ў грунце ад уласнай вагі грунту будуць (рыс. 1)
γ1 · H’; γ’1 · H’’; γ’2 · H2; γ’3 · H3;
Дыяграму напружанняў у выніку дзеяння нагрузкі атрымліваем разлікам па адным з вядомых метадаў, напрыклад па Steinbrenner або Newmark, для розных глыбінь пад падмуркам.
Калі абазначыць праз P нагрузку на падмурак, A яго плошчу, якой ён ляжыць на грунт, а праз γ1 аб’ёмную вагу грунту на глыбіні закладкі t ніжэй паверхні зямлі, то ўдзельная нагрузка на падмурак роўная P/A, а ўласная вага грунту на той жа глыбіні — γ1t. Каб атрымаць дадатковую нагрузку на грунт у выніку нагрузкі ад падмурка, трэба адняць ціск уласнай вагі грунту γ1t ад нагрузкі падмурка P/A, так што дадатковая нагрузка на грунт складае
p0 = P/A – γ1t.
На той жа глыбіні t дзейнічае таксама напружанне γ1t уласнай вагой глебы, так што на гэтай глыбіні дзейнічае поўнае напружанне (P/A – γ1t) + γ1t, прычым кансалідацыя глебы пад напружаннем γ1t была выканана да будаўніцтва аб’екта.
Sl. 1. Разлік асадкі пры цэнтрычным нагрузжанні падмурка
Аднак калі адна частка падмурка вышэй за падэшву падмурка засыпаецца зямлёй (мал. 1c), трэба ўлічваць нагрузку насыпнога грунту 2_Q_, так што ў гэтым выпадку дадатковая нагрузка складае
_P+2_Q/A – γ1t.
Для істужачнага падмурка A = b x 1,0 m на 1 m’ падмурка.
Разлік асаджэння выконваецца для ўсіх слаёў сціскальнага грунту да глыбіні дзеяння нагрузкі падмурка. Раней мяжой дзеяння нагрузкі збудавання лічылася глыбіня, да якой дзейнічаюць напружанні інтэнсіўнасцю ≥ 10% p0. Сёння прымаецца, што гэтая мяжа знаходзіцца на глыбіні, дзе напружанне ад дадатковай нагрузкі pz роўнае 20% напружання ад уласнай вагі грунту: pz = 0,2 ·γ_Σ_H. Ніжэй гэтай глыбіні асаджэнне не разлічваецца. Паводле іншага правіла рэкамендуецца разлік асаджэння для слаёў да глыбіні 2_b_ да 3_b_, пры чым b — шырыня падмурка. Калі ў канцы знаходзіцца жвіровы слой, як на рыс. 1a, яго не ўлічваюць у разліку асаджэння, бо яго асаджэнне пад нагрузкай падмурка нязначнае і адбываецца падчас будаўніцтва.
На глыбіні z пад падэшвай фундамента існуе напружанне ціску pg з прычыны ўласнай вагі грунту (рыс. 1b), пры гэтым улічаны таксама ўплыў уздыму. Да гэтага пачатковага напружання ціску дадаецца ціск pz у выніку дзеяння нагрузкі збудавання на той жа глыбіні. Такім чынам, у любой кропцы M на глыбіні z пад падэшвай фундамента дзейнічае поўнае напружанне ціску pn = pg + pz.
Пад дзеяннем дадатковай нагрузкі грунт асаджваецца і бакавым чынам дэфармуецца. Калі бакавыя дэфармацыі занядбаць, бо яны адносна малыя, паколькі дапушчальная нагрузка грунту знаходзіцца ў зоне пругкапластычных дэфармацый, можна прыняць, што разлік асаджвання выконваецца на падставе выпрабавання сціскальнасці ў эдометры з ненарушаным узорам, узятым у вобласці назіральнай кропкі ў грунце, па якім выпрабаванні вызначаецца модуль сціскальнасці грунту Ms.
На падставе закона Гука маем
Δ_s_ = pz/Ms,
дзе Δ_s_ — удзельная асадка на адзінку таўшчыні слоя, pz — напружанне на глыбіні грунту z ў выніку дадатковай нагрузкі.
Калі дапусціць дастаткова малую таўшчыню слоя dz, каб можна было прыняць pz і Ms сталымі, элементарнае асаджэнне будзе
Δ_s dz_ = pz/Ms dz.
Агульнае асаджэнне слоя таўшчынёй H будзе
Калі pZ і MS з’яўляюцца пастаяннымі для пласта таўшчынёй H, то будзе
s = pz/Ms · H.
Насамрэч pz і Ms не з’яўляюцца пастаяннымі для слоя таўшчынёй H1, а прымаецца іх сярэдняе значэнне ў пункце M.
Модуль сціскальнасці глебы Ms вызначаецца лабараторным шляхам для кожнага слоя асобна. Для нармальна кансалідаванай глебы модуль Ms вызначаецца з дыяграмы першаснага сціскання, дзе поўнае нагрузжанне σ2 = pg + pz; σ1 = pg = Σ_γt,_ дадатковае нагрузжанне Δ_σ_ = σ2 – σ1 = (pg + pz) – pg, а адпаведныя значэнні адноснага сціскання — Δ_h2_/h і Δ_h1_/h, таму
Аднак калі гаворка ідзе пра перакансалідаваную гліну, тады модуль сціскальнасці вызначаецца па дыяграме другаснага сціскання. З прыкладу на рыс. 2 маем для:
Рыс. 2. Вызначэнне модуля сціскальнасці грунту на аснове дыяграмы адноснай кампрэсіі
З папярэдняга вынікае, што ўсаджванне пераакансалідаванага глінянага грунту будзе значна меншым за ўсаджванне нармальна кансалідаванага грунту.
Уплыў жорсткасці падмурка на асадку
Хоць на практыцы не існуе цалкам эластычных падмуркаў, у якіх ападанне адной кропкі было б незалежным ад ападання суседняй кропкі, для разліку ападання адрозніваюць эластычныя і жорсткія падмуркі.
Пругкія падмуркі, пад якімі разумеюцца каменныя насыпкі і насыпы, пры раўнамернай нагрузцы выклікаюць у асобных пунктах розныя асадкі. Таму для гэтых падмуркаў разлік асадкі не праводзіцца для ўсёй нагружанай паверхні, а для асобных яе пунктаў: вуглавых пунктаў A, B, C і D, сярэдніх пунктаў бакоў E, F, H і J і цэнтральнага пункта G паверхні прамавугольніка (мал. 3). Пры раўнамернай нагрузцы асадка пунктаў B, C і D такая ж, як і пункта A, асадка пункта H такая ж, як і пункта E, пункта J — такая ж, як пункта F для глебы аднолькавага складу.
Sl. 3. Разлік асадкі асобных пунктаў нагружанай паверхні
Для вылічэння асадкі пад любой кропкай G нагружанай паверхні прастакутнік ABCD дзеляць на чатыры меншыя прастакутнікі, і асадка G атрымліваецца як сума асадкаў, якія выклікае кожны з падзеленых прастакутнікаў.
Жорсткія падмуркі не асядаюць такім жа чынам, як пругкія, паколькі ў іх немагчыма асадка асобных кропак. Таму асадку жорсткіх падмуркаў разлічваюць як цэлае, прычым у залежнасці ад ступені жорсткасці сярэдняе значэнне асадкі вылічваецца па-рознаму, бо ад жорсткасці падмурка залежыць размеркаванне ціску ў падэшве падмурка.
Для жорсткіх падмуркаў у форме квадрата або меншага прамавугольніка, у якіх a < 2_b_, вылічваецца асадка sG сярэдняй кропкі G і прымаецца агульная асадка падмурка s = 3/4 sG. Для жорсткіх падмуркаў у форме выцягнутага прамавугольніка або паласы вылічваецца асадка канчатковай кропкі E, сярэдняй кропкі G і кропкі M на палове адлегласці паміж імі па доўгай восі падэшвы падмурка, пасля чаго прымаецца сярэдняе значэнне.
Van Hamme лічыць, што больш дакладны разлік асадкі «характэрнай пункты P», якая ад сярэдніх восяў знаходзіцца на адлегласці
ад сярэдніх восяў. Паводле Ван Хамэ, асадка пэўных вызначаных кропак падмурка не залежыць ад спосабу размеркавання напружанняў у падэшве падмурка. Для гэтых кропак асадку можна вылічыць, зыходзячы з дапушчэння, што размеркаванне напружанняў у падэшве падмурка раўнамернае. Для жорсткай падэшвы падмурка, загружанай раўнамерным нагрузкай, пры якой размеркаванне напружанняў у падэшве падмурка нераўнамернае і павялічваецца да краёў падэшвы, нягледзячы на гэта асадка падэшвы падмурка роўная асадцы характэрнай кропкі P. Напружанні на глыбіні z пад характэрнай кропкай P прамавугольнай паверхні даўжынёй a, шырынёй b, загружанай раўнамернай нагрузкай p0, можна вылічыць з дапамогай табліцы 1, складзенай Елінекам.
Напружанне σzP на глыбіні z пад характэрнай кропкай P роўнае σzP = (σz/p0)·p0, дзе p0 — дадатковая нагрузка грунту.
Табл. 1. Значэнні σz/p для напружанняў пад характэрнай кропкай P у залежнасці ад адносіны глыбіні z да шырыні b і ад адносіны даўжыні a да шырыні b падэшвы падмурка
Разлік асадкі на аснове змены каэфіцыента порыстасці грунту
Калі абазначым e0 каэфіцыент порыстасці непарушанага ўзору, вынятага са слоя грунту, а ei каэфіцыент порыстасці таго ж узору пасля завяршэння кансалідацыі ў эдаметры пад нагрузкай σ1 (рыс. 4а), то змяншэнне пачатковага аб’ёму грунту пад дзеяннем нагрузкі Δ_σ_ адпавядае змяншэнню порыстасці, г. зн. каэфіцыенту порыстасці грунту
Δ_e_ = e0 – e1
Рыс. 4. Разлік асадкі на аснове змены каэфіцыента порыстасці грунту
Пачатковы аб’ём узору грунту ёсць
Спецыфічнае асаджэнне Δ_s_, г. зн. асаджэнне на адзінку аб’ёму грунту 1+e0 складае
Δ_s_ =(e0–e1) / (1+e0)
Асадка элементарнага слоя таўшчынёй dz згодна з мал. 4b
Δ_s_ dz=(e0–e1) / (1+e0) dz
Ападанне слоя таўшчынёй H будзе
Калі прыняць, што p — гэта напружанне на глыбіні z ад уласнай вагі грунту, якое адпавядае нагрузцы σ0 у эдаметры, Δp — напружанне ад дадатковай нагрузкі грунту з-за збудавання, якое адпавядае прырашчэнню нагрузкі Δ_σ_ у эдаметры, p1 — поўнае напружанне пад дзеяннем уласнай вагі грунту і дадатковай нагрузкі, якое адпавядае поўнай нагрузцы σ1 у эдаметры, то папярэдні выраз можна запісаць у выглядзе
Калі абазначыць A плошчу дыяграмы напружання ад дадатковай нагрузкі грунту, A = Δ_pH_ (штрыхаваная плошча на рыс. 4b), дзе Δ_p_ — напружанне ад дадатковай нагрузкі ў сярэдзіне слоя
a=Δ_e_/Δ_p_, адносіна розніцы каэфіцыента порыстасці да адпаведнага напружання ад дадатковай нагрузкі Vc = (1+e0)/a, можам запісаць
то бок s = A/Vc [cm]
Калі грунт складаецца з некалькіх слаёў, вылічваюцца асадкі s для кожнага слоя; сума асадак асобных слаёў дае агульную асадку Σ_s_.