Рис.1

Таблица 1

1. Оценка инженерно-геологических и гидрогеологических условий и свойств грунтов, включая построение эпюры расчетных сопротивлений слоев грунта основания

1.1. Определение классификационных показателей и физико-механических свойств для суглинков:

-Удельный вес сухого грунта:

?_d= = = 14.12 кН/м³

где - удельный вес грунта;

- влажность.

-Коэффициент пористости:

е = = = 0,9

где - удельный вес твердых частиц грунта.

-Плотность скелета:

где g = 9,81 м/с² - ускорение свободного падения.

-Пористость грунта:

-Полная влагоемкость:

где = 10кН/м³ - удельный вес воды.

-Степень влажности (водонасыщения):

Грунт насыщен водой, так как 0,8 <Sг ? 1

-Удельный вес с учетом взвешивающего действия воды:

= ( -) * (1 - n) = (26,8 - 10,0) * (1 - 0,47) = 8,9 кН/м³

-Число пластичности:

I_p= W_L - W_p= 0,36 - 0,22 = 0,14

где W_L- влажность на границетекучести (предел текучести);

W_p- влажность на границе пластичности (предел раскатывания).

Так как 0,07 <I_p ?0,17 - грунт является суглинком, что подтверждается исходными данными. Т.к. 0,12 <I_p ? 0,17 - суглинок является тяжелым песчанистым.

-Показатель текучести:

I_L= (W - W_p) / (W_L- W_p)= = 0,64

Т.к. 0,5 <I_L ?075 - суглинок является мягкопластичным.

-Модуль деформации:

Из исходных данных Е = 10 Мпа.

Согласно ГОСТ 25100-2011 (табл. В4), грунт является сильнодеформируемым,

т.к. 5 < Е ? 10

Для сланца:

Сланец относится к скальным грунтам (метаморфические).

По пределу прочности на одноосное сжатие сланец относится к малопрочным грунтам, т.к. согласно ГОСТ 25100-2011 (табл. Б1) 5 <R_с ? 15.

В нашем случае R_с = 10 НПа

Из этого следует, что на рассматриваемой площадке под строительство в г. Челябинске произведены инженерно-геологические изыскания скважины № 2, глубиной 12 м. Уровень грунтовых вод находится на глубине 1,5 м. Геологическим разрезом вскрыты следующие напластования грунтов:

Верхний слой - насыщенный * грунт - супесь со строительным мусором мощностью 0,2 м (по скв. №2) до 2,2 м (по скв. №1).

Второй слой - суглинок пылеватый серый. Грунт является сильнодеформируемым и находится в мягкопластичном состоянии. Мощность слоя составляет от 8,2 м (по скв. №1) до 10,0 м (по скв. №2).

Третий слой - сланец коричневого цвета. Грунт является скальным малопрочным. Мощность его составляет от 0 до 1,8 м.

Определение расчетного сопротивления грунта.

Определим глубину заложения фундаментов относительно отметки планировки. Согласно методическому пособию, глубину заложения фундамента следует принять не менее нормативной глубины промерзания по карте.

Согласно схематической карте нормативных глубин промерзания глин и суглинков, глубина промерзания в г. Челябинске - 180 см. Для уточнения нормативной глубины промерзания грунта воспользуемся формулой, указанной в п.2.27 СНиП 2.02.01-83*

где M_t - безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур в данном районе, принимаемых по СНиП по строительной климатологии и геофизике;

d₀ - величина,принимаемая равной 0,23 м для суглинков и глин.

Эта формула справедлива для грунтов в г. Челябинске, т.к. глубина промерзания в данном районе не превышает 2,5 м (согласно карте). По таблице 5.1 СНиП 23-01-99* определим коэффициент M_t.

Таблица 2

M_t= 15,8+14,3+7,4+6,2+12,9 = 56,6

Определим расчетную глубину промерзания, согласно п.2.28 СНиП 2.02.01-83*

где K_n - коэффициент, учитывающий влияние теплового режима. Примем, что фундаменты предназначены для неотапливаемых сооружений (наихудший вариант), тогда K_n = 1,1

р d_f = 1,1 * 1,73 = 1,9 м

Определим глубину заложения фундаментов, согласно п.2.31 и табл.2

Примем, что в сооружении отсутствует подвал и тех.подполье, следовательно, глубина исчисляется от уровня планировки.

Т.к. показатель текучести суглинка I_L? 0,25 (I_L=0,64), а d_w ?d_f +2 (где d_w - глубина расположения уровня подземных вод) (1,5 ? 1,9 + 2), следовательно, что глубина заложения фундамента принимается не менее d_f , т.е. 1,9 м. В целях экономии строительных материалов примем глубину для заложения фундамента, равной

1,9+0,2м = 2,1 м

Определим расчетное сопротивление грунта по формуле (п.2.41 СНиП 2.02.01-83*)

Гдеи - коэффициенты условий работы;

К - коэффициент, принимаемый равным К₁= 1, т.к. прочностные характеристики грунта ( ? и с) определены непосредственными испытаниями;

M_? ,M_q,M_c - коэффициенты, принимаемые по табл. 4 СНиП 2.02.01-83*;

К_z- коэффициент, принимаемый равным 1,0, т.к. b (ширина подошвы) = 4 м < 10м;

- осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента, кН/м³;

- -II- , залегающих выше подошвы;

С_II - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа;

d₁ - глубина заложения фундаментов без подвальных сооружений;

d_b - глубина подвала - расстояние от уровня планировки до пола подвала.

Т.к. раньше мы приняли, что в сооружении отсутствует подвал и тех. Подполье, т.о. принимаем d_b = 0, и расчетное сопротивление грунта будет определяется по формуле:

Таблица 3 СНиП 2.02.01-83*

Таблица 4 СНиП 2.02.01-83*

Осредненное расчетное значение удельного веса грунтов вычислим по формуле:

Где h - глубина (с учетом взвешивающего действия воды).

Для верхнего насыпного слоя (супесь со строительным мусором) примем расчетное значение удельного веса равным 19 кН/м³.

Т.о. определим величину расчетного сопротивления при ширине подошвы b = 1 м на глубинах:

-0,7 м (0,5 м ниже границы подстилающего слоя)

- 2,1 м (ориентировочная глубина залегания фундамента)

- 9,5 м (0,5 м выше границы подстилающего слоя)

· для глубины 0,7 м

= 18,5 кН/м³

· для глубины 2,1 м

= 8,9 кН/м³

· для глубины 9,5 м

= 8,9 кН/м³

Рис.2

Для полной оценки инженерно-геологических условий несущего слоя определим его коэффициент относительной сжимаемости по формуле, указанной в п.5.4.75 ГОСТ 12248-96.

m₀= , где В = 1 -

где - величина коэффициента Пуассона принята ориентировочно для суглинка - 0,35

В = 1 - = 0,62

m_н = = 6,2* 10^-8 1/Па

р По коэффициенту относительности сжимаемости грунт является среднесжимаемым, т.к. удовлетворяет условиям: 4*10^-8 <m_н = 6,2* 10^-8 < 15* 10^-8 и 5 МПа < Е = 10МПа < 20 МПа.

Т.о. делаем вывод:

Расчетная глубина залегания основания фундамента будет равна - 2,1м от спланированной поверхности. Несущим слоем будет являться суглинок пылеватый серый с расчетным сопротивлением грунта на отм. 2,1 м равным 165,6 кПа. Грунт является среднесжимаемым, мягкопластичным, сильнодеформируемым, сильнопучинистым (т.к. грунт является глинистым при I_L> 0,5) (Таблица Б27 ГОСТ 25100-97) с грунтовыми водами, находящимися на глубине промерзания.

Произведем расчет осадки фундамента и определим несущую способность основания (см. далее), дабы убедиться, что прочность и устойчивость основания под исходный фундамент будет обеспечена.

Т.к. грунт является сильнопучинистным и грунтовые воды находятся на глубине промерзания, то необходимо выполнить ряд мероприятий:

1. Глубина заложения фундамента должна быть ниже глубины промерзания грунта (что и выполнено в расчетах).

2. Чтобы уменьшить «боковые силы» от пучения, необходимо конструкции, которые соприкасаются с грунтом, обмазать битумной мастикой.

3. При строительстве сооружения необходимо выполнить отмостку шириной 1-1,5 м.

4. Выполнить дренажную систему.

При разработке котлована необходимо предусмотреть водопонижение. Одним из многих вариантов является водоотводная траншея.

2.Определение осадки фундамента методом послойного суммирования

Целью расчета оснований по несущей способности являются обеспечение прочности и устойчивости оснований, а так же недопущение сдвига фундамента по подошве и его опрокидывания.

Расчет производим по первому предельному состоянию.

Где N_I- расчетная нагрузка на основание, равная ,

Где p - среднее давление на основание,

Равное R, расчетному сопротивлению грунта, на уровне заложения фундамента(p=R=165.6 кПа, согласно методическим указаниям)

А - площадь подошвы фундамента, т.о.

- коэффициент условной работы, принимаемый для пылевато-глинистых грунтов в стабилизированном состоянии равным 0,9

- коэффициент надежности по назначению сооружения, принимаемыйравным 1,15 для зданий и сооружений II класса

- вертикальная составляющая силы предельного сопротивления основания, определяемая по формуле:

Где b' и l' - соответственно приведенные ширина и длинна фундамента, вычисляемые по формуле

Где l_bи l_l - соответственно эксцентриситеты приложения равнодействующей нагрузок в направлении поперечной и продольной осей фундамента, которые в нашем случае равны 0.

N_y,N_q, N_c- безразмерные коэффициенты несущей способности, определяемые по табл. 7 СНиП 2.02.01-83*. Т.к. угол внутреннего трения и принятый угол наклона к вертикали равнодействующей внешней нагрузки

- рррааасчетное значение удельного веса грунта, согласно исходным данным равным 15,7кН/м³

- удельный вес выше подошвы, определяемый по формуле

Определим , с учетом взвешивающего действия воды

c_I- расчетное значение удельного сцепления грунта, равного 9 кПа, согласно исходным данным

d - глубина заложения фундамента = 2,1м

- коэффициенты формы фундамента, определяемые по формулам:

Т.о.

Проверим условие

Условие выполняется, следовательно прочность и устойчивость основания обеспечена.

Используемая литература

1) Механика грунтов. Методические указания по изучению дисциплины и выполнению контрольной работы для студентов. СПб 2003 В.Д. Карлов.

2) Механика грунтов СПб 2009 Мангушев Р.А., Карлов В.Д., Сахаров И.И.

3) Механика грунтов Казань 2008. Учебное пособие по практическим занятиям ФГОУ ВПО КГАСУ.

4) ГОСТ 25100-2011 Грунты. Классификация.

5) СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений»

6) СНиП 23-01-99 «Строительная климотология»

7) ГОСТ 12248-96 Грунты

8) СП22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений»