Расчет основания по несущей способности (первая группа предельных состояний). 1 страница

Если устойчивость фундамента против сдвига по подошве не обеспечена, целесообразно устройство фундаментов с наклонной подошвой, так как увеличение размеров подошвы не дает должного эффекта в связи с небольшим удельным сцеплением у основных видов грунтов.

4. Библиографический список

1. Основания и фундаменты. Часть 2. Основы геотехники: Учебник/ Под ред. Б. К. Долматова - М.: Изд – во АВС; СПбГАСУ, 2002.

2. Механика грунтов, основания и фундаменты: Учеб. пособие для строит. спец. вузов/ Под ред. С.Б. Ухова - М.: Высшая школа, 2002.

3. Малышев М.В., Болдырев Г.Г. Механика грунтов. Основания и фундаменты (в вопросах и ответах): Уч. пособие – м.: Изд – во АВС, 2001.

4. Берлинов М.В., Ягупов Б..А. Расчет оснований и фундаментов: Учебн. для строит. спец. учебн. заведений – М.: Стройиздат, 2004.

5. СНиП 2.02.01 - 83*. Оснеования зданий и сооружений / Минстрой России. – М.: ГП ЦПП, 1996.

6. Механика грунтов, основания и фундаменты: Методические указания к выполнению курсового проекта и раздела дипломного проекта/ А.З. Попов, С.В. Сергеев – Белгород: БТИСМ, 1988.

7. Инженерная геология: Учеб. для строит. спец. вузов/ В.П. Ананьев, А.Д. Потапов. – М.: Высшая школа, 2002.

Приложение А1

Варианты заданий

Приложение Б1

1. Основные понятия и определения

Основанием называют толщу грунтов со всеми особенностями их напластования, воспринимающую давление от возводимых или существующих зданий.

Грунтовые основания подразделяют на естественные и улуч­шенные. Естественные основания используют в условиях природ­ного залегания или после несложной предварительной обработки. В некоторых случаях механические свойства грунтов строительной площадки неудовлетворительны в отношении несущей способности основания, поэтому их улучшают различными способами или прибегают к частичной замене грунтов.

Основания бывают слоистыми или однородными. Слоистое основание (рис. 1.1) состоит из нескольких слоев грунтов, а одно­родное — из одного слоя. В свою очередь, слоистое основание может быть с согласным или несогласным залеганием пластов грунта. Основание, показанное на рис. 1.1, а, является примером согласного залегания грунтов, а основание, изображенное на рис. 1.1, б, — несогласного залегания.

Фундаментом называют подземную часть здания или соору­жения, воспринимающую нагрузку от надземной части здания и передающую ее на основание. Фундамент 1 и его основание состоят из следующих основных элементов (рис. 1.2): верхней плоскости 2 фундамента, называемой обрезом; поверхности опирания 3 фунда­мента на основание, называемой подошвой фундамента; несущего слоя основания 4, на который опирается фундамент, и нижеле­жащих слоев 5, называемых подстилающими слоями. Расстояние от спланированной отметки земли до подошвы фундамента называется глубиной заложения фундамента и обозначается буквой d.

Фундаменты подразделяют на фундаменты, возводимые в открытых котлованах, фундаменты глубокого заложения и свайные фундаменты.

Возводимые в открытых котлованах фундаменты окружены на­сыпным грунтом и передают нагрузку на основание только по подошве R₁ (рис. 1.3).

Фундаментами глубокого заложения называет такие фундамен­ты, которые погружаются или формируются в грунтах с помощью специального оборудования. Они передают нагрузку на основание как по подошве R_1, так и за счет сил трения по боковой повер­хности фундамента (рис. 1.4).

Свайные фундаменты по методам возведения и способам пере­дачи нагрузки на грунты оснований занимают промежуточное положение между двумя названными выше фундаментами.

Перед проектированием оснований и фундаментов необходимо точно произвести анализ физико-механических свойств грунтов основания на строительной площадке.

Грунтами называют горные породы, слагающие верхние слои земной коры, образованные в результате выветривания. Грунты подразделяют на скальные, крупнообломочные, песчаные, пылевато-глинистые и органогенные.

В большинстве случаев грунты состоят из трех основных компонентов: твердых частиц, воды и газа. Следовательно, компоненты грунта находятся в трех состояниях: твердом, жидком и газообразном. Соотношение этих составных частей и обусловливает многие свойства грунтов.

Грунты различают по гранулометрическому составу, который определяется размерами твердых частиц, слагающих грунт (табл. 1.1).

Очень часто в строительной практике приходится встречаться с грунтами, состоящими из смеси глинистых, пылеватых и песча­ных частиц. Такие грунты различают по содержанию глинистых частиц (табл. 1.2).

Крупнообломочные и песчаные грунты по гранулометрическо­му составу подразделяют в соответствии с данными табл. 1.3.

Характеристиками физического состояния грунтов являются три основные величины: плотность грунта , плотность твердых частиц и природная массовая влажность w.

Выделенный из грунта образец можно условно разделить на три части (рис. 1.5): V_е — объем пор, заполненных газом; V_w – объем пор, заполненных водой; V_s – объем твердых частиц грунта. Масса газа, практически не оказывающая влияния на результат расчета, не учитывается.

Классификация твердых частиц Таблица 1.1.

Если обозначить массу твердых частиц m_s, а массу воды m_w, то

; ; . (1.1)

Для более полной оценки физического состояния грунтов, помимо основных, используют и дополнительные характеристики.

Плотность сухого грунта – отношение массы твердых частиц к общему объему образца ненарушенной структуры:

. (1.2)

Коэффициент пористости – отношение объема пор к объему твердых частиц:

; . (1.3)

Коэффициент пористости е обычно используют для оценки плотности сложения песков (табл. 1.4).

Степень влажности – отношение естественной влажности к влажности, соответствующей полному заполнению пор водой:

, (1.4)

где - плотность воды.

Таблица 1.2.

Классификация грунтов по содержанию глинистых частиц

Таблица 1.3.

Классификация грунтов по крупности частиц

По степени влажности крупнообломочные и песчаные грунты подразделяются в соответствии с данными табл. 1.5.

Удельный вес грунта и его твердых частиц определяют соответственно по формулам:

; , (1.5)

где g – ускорение свободного падения.

Уменьшение удельного веса грунта в результате взвешивающего действия воды, возникающего в соответствии с законом Архимеда для грунта, залегающего ниже уровня подземных вод, находят из выражения

, (1.6)

где - удельный вес воды.

Таблица 1.4

Значение коэффициентов пористости песков

Число пластичности характеризует степень пластичности пылевато-глинистых грунтов:

, (1.7)

где — влажность грунта на границе текучести (предельное значение влажности, при котором пылевато-глинистый грунт приобретает свойства вязкой жидкости); — влажность грунта на границе раскатывания (влажность, при которой пылевато-глинистый грунт начинает приобретать свойства твердого тела).

По числу пластичности грунты подразделяют в соответствии с данными табл. 1.2.

Показатель текучести позволяет установить консистенцию пылевато-глинистого грунта:

. (1.8)

По показателю текучести пылевато-глинистые грунты подраз­деляют в соответствии с данными, приведенными в табл. 1.6.

Для расчета и проектирования естественных оснований необ­ходимо знать механические характеристики грунтов. В большинстве случаев эти характеристики определяют путем лабо­раторного исследования образцов грунта, отобранных на строитель­ной площадке, и только в виде исключения эти данные можно принимать по таблицам СНиП. К основным механическим харак­теристикам относятся: сопротивление грунтов сдвигу, сжимаемость и водопроницаемость.

Таблица 1.5.

Классификации грунтов по степени влажности

Таблица 1.6.

Классификация глинистых грунтов по показателю текучести

Пылевато-глинистый грунт	Показатель текучести
Супеси:
твердые	< 0
пластичные	0 ≤ ≤1
текучие	> 1
Суглинки и глины:
твердые	< 0
полутвердые	0 ≤ ≤0,25
тугопластичные	0,5 < ≤0,75
мягкопластичные	0,25 < ≤0,5
текучепластичные	0,75 < ≤1
текучие	> 1

Сопротивление грунтов сдвигу устанавливают путем испы­тания на срез образцов грунта. Прибор, используемый для испы­таний (рис. 1.6, а), имеет нижнюю неподвижную обойму 1, подвижную обойму 2и фильтрующие пластины 3, между кото­рыми находится образец грунта 4площадью А.По данным испытаний строят график, изображенный на рис. 1.6, б. Значение находят по следующей формуле:

, (1.9)

где - нормальное напряжение; - угол внутреннего трения грунта; - коэффициент внутреннего трения; с - удельное сцепление в глинистых грунтах или параметр линейности в песчаных грунтах.

Нормальное напряжение, входящее в формулу (1.9), определяется из выражения

. (1.10)

По сопротивлению грунтов сдвигу определяют предельные и расчетные сопротивления грунтов основания.

Сжимаемость (уплотняемость) грунтов характеризуется коэффициентом относительной сжимаемости m_V или модулем общей деформации Е, определяемым на основе лабораторных испытаний в приборе одноосного сжатия, называемом одометром (рис. 1.7). Одометр состоит из поршня 1 с отверстиями, к которому прикла­дывается внешняя сила N, кольца 3 с находящимся в нем образцом грунта 2 и днища 4 с отверстиями. При испытаниях полностью водонасыщенного грунта одометр помещают в ванночку с водой, а при испытаниях не полностью водонасыщенного грунта его окружа­ют влажным пористым материалом для предотвращения испарения влаги из образца. По материалам лабораторных испытаний образ­цов грунта в одометрах строят компрессионные кривые, т.е. кривые зависимости коэффициента пористости от давления (рис. 1.8). По этим кривым определяют коэффициент сжимаемости

, (1.11)

где и — коэффициенты пористости, соответствующие давлениям и .

В расчетах чаще используют коэффициент относительной сжимаемости

, (1.12)

где — коэффициент пористости, соответствующий начальному давлению .

Величина, представляющая собой коэффициент пропор­циональности между напряжениями и общими деформациями грунта, носит название модуля общей деформации Е и соответст­вует модулю упругости сплошного тела

(1.13)

где — безразмерный коэффициент, зависящий от коэффициента общей относительной поперечной деформации и определяемый по формуле