В каждом варианте задано трехслойное основание. Мощность третьего слоя следует считать неограниченной. В табл.1 указаны варианты отметок слоев инженерно – геологических элементов (ИГЭ) грунтового основания по осям двух скважин пробуренных до 8 м и уровень грунтовых вод (УГВ).
Расстояние между скважинами L = 10 м. Оси скважин являются осями прямоугольного фундамента. За нулевую отметку условно принята отметка дневной поверхности грунта.
Таблица 1
Отметки слоев ИГЭ и УГВ
|
№ варианта |
Скважина №1 |
Скважина №2 |
УПВ |
||
|
Подошва ИГЭ-1, м |
Подошва ИГЭ-2, м |
Подошва ИГЭ-1, м |
Подошва ИГЭ-2, м |
||
|
3 |
-2,2 |
-6,6 |
-2,0 |
-6,2 |
-2,8 |
Таблица 2
Размеры и нагрузка на фундаменты
|
№ варианта |
Размеры фундаментов, м |
Вертикальная нагрузка на уровне подошвы фундаментов N, кН |
||
|
Длина l |
Ширина b |
Глубина заложения d |
||
|
2 |
3,0 |
2,8 |
2,0 |
1000 |
Таблица 3
Варианты физико-механических характеристик грунтов скважины №1
|
№ варианта |
№ ИГЭ |
Разновидности грунтов |
Плотность ρ, т/м3 |
Плотность частиц грунта rs, т/м3 |
Влажность, % |
Модуль дефор-мации E, МПа |
Угол внутреннего трения jI, град |
Удельное сцепление сI, кПа |
Коэффициент фильтрации, м/сут |
||
|
Природная W |
на границе ра-скатывания WP |
на границе текучести WL |
|||||||||
|
1 |
1 2 3 |
Супесь Суглинок Глина |
1,98 2,00 1,98 |
2,66 2,68 2,73 |
19 23 31 |
17 17 24 |
21 30 45 |
11,0 7,0 15,0 |
18 19 16 |
9 18 43 |
0,5 0,02 0,003 |
Таблица 4
Варианты физико-механических характеристик грунтов скважины №2
|
№ варианта |
№ ИГЭ |
Разновидности грунтов |
Плотность ρ, т/м3 |
Плотность частиц грунта rs, т/м3 |
Влажность, % |
Модуль дефор-мации E, МПа |
Угол внутреннего трения jI, град |
Удельное сцепление сI, кПа |
Коэффициент фильтрации, м/сут |
||
|
Природная, W |
на границе ра-скатывания WP |
на границе текучести, WL |
|||||||||
|
1 |
4 5 6 |
Супесь Суглинок Песок мел |
1,98 2,00 1,95 |
2,66 2,68 2,65 |
19 23 31 |
17 17 — |
21 30 — |
7 11,0 7,0 |
18 19 33 |
9 18 — |
0,5 0,02 3 |
Варианты размеров фундаментов и нагрузок на них приведены в табл. 2. Физические и механические характеристики ИГЭ основания приведены в табл. 3,4. На основании табл. 1,3 и 4построим инженерно – геологический разрез в масштабе 1:100.
- ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК И РАЗНОВИДНОСТИ ГРУНТА В ОСНОВАНИИ
По исходным данным для грунта каждого слоя основания вычисляются :
- удельный вес грунта, кН/м3:
,
где g – ускорение свободного падения (g=9,81 м/с2);
Скважина №1 Скважина №2
- 1 =1.98·9.81=19.42 кН/м3 1. 4 =1.98·9.81=19.42 кН/м3
- 2=2.00 ·9.81=19.62 кН/м3 2. 5=2.00 ·9.81=19.62кН/м3
- 3=1.98·9.81=19.42 кН/м3 3. 6=1.95 ·9.81=19.13 кН/м3
- удельный вес частиц грунта, кН/м3,
,
Скважина №1 Скважина №2
1. s1 =2.66·9.81=26.09 кН/м3 1. s4 =2.66·9.81=26.09 кН/м3
2. s2=2.68 ·9.81=26.29 кН/м3 2. s5=2.68 ·9.81=26.29 кН/м3
3. s3=2.73·9.81=26.78 кН/м3 3. s6=2.65 ·9.81=26.00 кН/м3
- коэффициент пористости
Скважина №1 Скважина №2
1.℮1 = =0.60 1.℮4 = =0.60
2.℮2= =0.65 2.℮5= =0.65
3.℮3= =0.81 3.℮6= =0.78
- удельный вес грунта во взвешенном состоянии, кН/м3,
,
где – плотность воды ( =1,0 т/м3).
Скважина №1 Скважина №2
1. в1 = =10.18 кН/м3 1. в4 = =10.18 кН/м3
2. в2= =9.99 кН/м3 2. в5= =9.99 кН/м3
3. в3= =9.38кН/м3 3. в6= =9.09 кН/м3
Для глинистого грунта (супеси, суглинка и глины) каждого ИГЭ определяют:
- число пластичности
;
Скважина №1 Скважина №2
1.Jp1 =21-17=4 1.Jp4 =21-17=4
2.Jp2 =30-17=13 2.Jp5=30-17=13
3.Jp3=45-24=21 3.Jp6=-
- показатель текучести
(6)
Скважина №1 Скважина №2
1.JL1 = =0.5 1.JL4 = =0.5
2.JL2 = =0.46 2.JL5= =0.46
3.JL3= 3.JL6=-
На основании ГОСТ 25100 [3] по значениям и уточняют разновидность глинистого грунта (табл. П.2.1, П.2.2).
Для глин и суглинков в твердом и полутвердом состоянии удельный вес грунта во взвешенном состоянии gв не определяют, т.к. эти грунты считаются водонепроницаемыми.
Таблица 5
Физические характеристики грунтов основания
|
№ ИГЭ |
Удельный вес грунта g, кН/м3 |
Удельный вес частиц грунта gs, кН/м3 |
Коэффициент пористости е |
Удельный вес грунта во взвешенном состоянии gв, кН/м3 |
Число пластичности Jp |
Показатель текучести JL |
Разновидность грунта |
|
Скважина №1 |
|||||||
|
1 |
19.42 |
26.09 |
0.60 |
10.18 |
4 |
0.5 |
Супесь пластичная |
|
2 |
19.62 |
26.29 |
0.65 |
9.99 |
13 |
0.46 |
Суглинок тугопластичный |
|
3 |
19.42 |
26.78 |
0.81 |
9.38 |
21 |
0.33 |
Глина тугопластичная |
|
Скважина №2 |
|||||||
|
1 |
19.42 |
26.09 |
0.60 |
10.18 |
4 |
0.5 |
Супесь пластичная |
|
2 |
19.62 |
26.29 |
0.65 |
9.99 |
13 |
0.46 |
Суглинок тугопластичный |
|
3 |
19.13 |
26.00 |
0.78 |
9.09 |
— |
— |
Песок мелкий (Рыхлый) |
3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ОСНОВАНИЯ
Целью расчёта оснований по несущей способности является обеспечение прочности и устойчивости основания, а также недопущение сдвига фундамента по подошве и его опрокидывания.
По мере загружения фундамента наблюдаются две критические нагрузки: нагрузка соответствующая началу возникновения в грунте зон сдвига и окончания фазы уплотнения, и нагрузка, при которой под нагруженным фундаментом сформировываются сплошные области предельного равновесия, происходит потеря устойчивости грунтов основания и исчерпывается его несущая способность.
Начальная критическая нагрузка ркр соответствует случаю, когда в основании под подошвой фундамента возникает предельное состояние. Эта нагрузка ещё безопасна в основаниях сооружений, так как до её достижения грунт всегда находится в фазе уплотнения.
При нагрузках, меньших начальной критической, во всех точках основания напряжённые состояния допредельные и деформируемость грунта подчиняется закону Гука. Поэтому, для определения начальной критической нагрузки используются решения теории упругости.
Определение ркр дано в решении В.В. Пузыревского, в котором грунт рассматривается как однородное, изотропное тело.
,
где — усреднённый удельный вес грунта в пределах глубины заложения фундамента;
- глубина заложения фундамента;
- угол внутреннего трения грунта под подошвой фундамента;
- удельное сцепление грунта под подошвой фундамента.
Давление, равное ркр или меньше его, рассматривается как абсолютно безопасное давление на основание.
Скважина №1:
= 153.52 кПа.
Скважина №2:
=210.59 кПа.
Строительные правила СП 22.133300 [4] допускают развитие пластических деформаций в краевых участках фундаментов на глубину 0,25 ширины фундамента . Такая нагрузка соответствует расчётному сопротивлению грунта, которое определяется по формуле
(8)
Таблица П 3.1
Численные значения коэффициентов
, и
|
Угол внутреннего трения I, град. |
Коэффициенты |
||||
|
M |
Mq |
Мс |
|||
|
18 |
0.43 |
2.73 |
5.31 |
||
|
19 |
0.47 |
2.89 |
5.48 |
||
= 177.20 кПа.
236.44 кПа.
При увеличении нагрузки на основание сверх ркр в грунтах основания формируются области предельного состояния, грунты теряют свою несущую способность и развивается незатухающая провальная осадка, сопровождаемая выпором грунта в стороны и на поверхность в случае неглубокого заложения фундамента. Такое состояние недопустимо для любого сооружения. Предельную нагрузку рассчитывают по формуле
,
где , и — коэффициенты несущей способности грунта основания, зависящие от угла внутреннего трения, приведены в прил. 3; , , и — параметры те же, что и в формуле (7).
Таблица П 3.2
Значения коэффициентов несущей способности грунта
, и
|
Коэффициенты |
Угол внутреннего трения грунта I, град |
|
|
18 |
19 |
|
|
4.6 |
5.3 |
|
|
5.3 |
5.9 |
|
|
13.2 |
14.15 |
|
= 449.72 кПа.
Итогом расчёта 3-го раздела является определение среднего давления под подошвой фундамента р, которое не должно превышать расчётного сопротивления грунта основания R (р<R).
Величину среднего давления под подошвой фундамента р определяют по формуле:
где N – вертикальная нагрузка на уровне подошвы фундамента, кН (табл. 2); А=l∙b – площадь подошвы фундамента. В случае если р>R, необходимо увеличить площадь фундамента, либо уменьшить вертикальную нагрузку на уровне подошвы фундамента N, либо увеличить глубину заложения фундамента d, или заменить основание под фундаментом.
=119.05 кН/м2.
=119.05 кН/м2 < =177.20 кПа.
4.ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЕЧНОЙ ДЕФОРМАЦИИ ОСНОВАНИЯ
Осадка (деформация) рассчитывается методом послойного суммирования согласно СП 22.13330 [4], который позволяет учесть неоднородность основания, выражающуюся в изменении модуля деформации грунта по глубине основания.
Для определения деформации необходимо изобразить схему. С левой стороны данной схемы необходимо указать грунтовые условие в виде грунтовой колонки с указанием отметок подошв слоёв, согласно варианту задания, в которой необходимо с помощью условных обозначений показать вид грунта и его консистенцию. По центру необходимо изобразить фундамент. По оси фундамента необходимо изобразить эпюры: слева природного напряжения sпр, справа — от веса сооружения (дополнительное)sz
