close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

3300.Расчет оснований и фундаментов по деформациям с учетом просадки грунтов.

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Оренбургский государственный университет»
Кафедра строительных конструкций
Д.А. Украинченко, В.П. Перов
РАСЧЕТ ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ
ПО ДЕФОРМАЦИЯМ С УЧЕТОМ
ПРОСАДКИ ГРУНТОВ
Рекомендовано к изданию Редакционно-издательским советом федерального
государственного бюджетного образовательного учреждения высшего
профессионального образования «Оренбургский государственный университет»
в качестве методических указаний для студентов, обучающихся по программам
высшего профессионального образования
по направлению подготовки 270800.62 Строительство
Оренбург
2013
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
УДК 624.13
ББК 38.58
У45
Рецензент - кандидат технических наук И. С. Иванов
У45
Украинченко Д.А.
Расчет оснований и фундаментов по деформациям с учетом просадки
грунтов: методические указания к выполнению расчетно-графической
работы по дисциплине «Проектирование фундаментов в региональных
грунтовых условиях»/ Д.А. Украинченко, В.П.Перов; Оренбургский гос.
ун-т. - Оренбург: ОГУ, 2013 – 18 с.
Методические указания предназначены для выполнения курсового проекта по дисциплине «Основания и фундаменты» для студентов всех форм обучения направления подготовки 270800.62 Строительство.
УДК 624.13
ББК 38.58
 Украинченко Д.А. Перов В.П., 2013
 ОГУ, 2013
2
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Содержание
Введение ............................................................................................................................. 4
1. Основные характеристики просадочных грунтов...................................................... 5
1.1 Сущность и природа просадочности грунтов .......................................................... 5
1.2 Показатели и критерии просадочности ..................................................................... 6
2. Развитие просадочных деформаций по глубине ........................................................ 8
3. Расчет ожидаемой просадки ......................................................................................... 11
4. Примеры расчетов ......................................................................................................... 12
4.1 Общие исходные данные ............................................................................................ 12
4.2 Определение просадки грунтов от собственного веса грунта и типа грунтовых
условий по просадочности ............................................................................................... 13
4.3 Определение просадки грунтов основания фундаментов ....................................... 15
Литература ......................................................................................................................... 18
3
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Введение
Проблема проектирования, и строительства зданий и сооружений на просадочных грунтах является одной из наиболее актуальных в фундаментостроении на
сегодняшний день. Данное обстоятельство обусловлено широким распространением
просадочных грунтов, неизбежным повышением стоимости строительства при учете
просадочных деформаций, возникающими иногда недопустимыми деформациями в
конструкциях зданий и сооружений при недостаточно полном учете просадочных
деформаций.
К просадочным грунтам относятся лессы, лессовидные супеси, суглинки и
глины, некоторые виды покровных суглинков и супесей, а также в отдельных случаях мелкие и пылеватые пески с повышенной структурной прочностью.
Просадочные грунты широко распространены на значительной части территории Украины, республик Средней Азии, Казахстана, Северного Кавказа, Поволжья,
Восточной и Западной Сибири.
Значительные площади заняты лессовыми грунтами в Румынии, Венгрии,
Болгарии, Югославии, Испании, Индии, Китае, Иране, Афганистане, странах Северной Африки, Южной Америки, США и др.
Просадочные грунты распространены и на территории Оренбургской области,
в частности в районах, непосредственно прилегающих к городу Оренбургу.
Недостаточный учет специфических свойств лессовых грунтов при проектировании и возведении зданий и сооружений приводит к авариям и повреждениям,
требующим дорогостоящих мероприятий по усилению несущих конструкций или
делающим невозможной дальнейшую эксплуатацию зданий или сооружений.
С другой стороны, проекты фундаментов, обеспечивающие нормальную эксплуатацию зданий и сооружений, оказываются дорогостоящими. В частности, в
грунтах с высокой просадочностью стоимость фундаментов может приближаться к
стоимости надземной части, что заставляет проектировщиков отказываться от площадок, сложенных такими грунтами, из экономических соображений.
Проблема, таким образом, заключается в обеспечении надежной работы со4
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
оружения при одновременном повышении экономичности фундаментов, что невозможно выполнить без всестороннего изучения особенностей просадочных грунтов.
В предлагаемой работе рассматриваются основные характеристики просадочных грунтов и методы определения просадочных деформаций.
При подготовке настоящих указаний предполагается, что студенты уже знакомы с основными принципами расчета и проектирования оснований и фундаментов, поэтому некоторые положения приводятся со ссылками на литературу без дополнительных пояснений.
1 Основные характеристики просадочных грунтов
1.1 Сущность и природа просадочности грунтов
Отличительная особенность просадочных грунтов заключается в их способности, находясь в напряженном состоянии от воздействия внешней нагрузки от фундамента или от собственного веса вышележащих слоев грунта при повышении
влажности (замачивании), давать дополнительную осадку. Деформация грунта, обусловленная замачиванием под нагрузкой, при которой происходит резкое изменение
структуры грунта, называется просадкой. Просадка грунтов при замачивании может
достигать 1,0 м.
Просадочность грунтов обуславливается особенностями процесса формирования и существования толщ этих грунтов, в результате чего они находятся в недоуплотненном состоянии, что выражается плотностью грунта в сухом состоянии в пределах 1,2-1,5 т/м3.
Просадка грунта - это сложный физико-химический процесс.
Основным его проявлением является уплотнение грунта за счет перемещения
и более компактной укладки отдельных частиц и их агрегатов, благодаря чему понижается общая пористость грунта и наоборот, не повышается плотность сложения.
При повышении влажности ослабляются цементационные карбонатные связи
между частицами. Кроме того, пленки воды, играя роль связи, облегчают скольже5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ние частиц и содействуют более плотной их укладке под воздействием давления.
Таким образом, необходимыми условиями для проявления просадки грунта
являются:
- наличие нагрузки от собственного веса грунта или фундамента, способной
при увлажнении преодолевать силы связности грунта;
- достаточное увлажнение.
При наличии этих двух факторов и происходит просадка грунта.
1.2 Показатели и критерии просадочности
Просадочностью грунтов и возможность ее проявления оценивается по показателям н критериям просадочности.
Показатели просадочности определяют склонность грунтов к просадкам и
представляют собой совокупность характеристик грунтов, от которых зависит их
просадочность, но нельзя определить количественную величину возможной просадочности грунта.
Одним из показателей, определяющим склонность лессовых грунтов к просадкам, является степень влажности. Считается, что при степени влажности Sr<0,8 пылевато-глинистые грунты могут быть просадочными.
Вторым показателем является показатель просадочности:
I ss 
еL - е
,
1 е
(1)
где е - коэффициент пористости грунта природного сложения и влажности;
еL- коэффициент пористости, соответствующий влажности на границе текучести WL, определяющийся по формуле:
еL 
WL   s
w
,
(2)
где  s - плотность твердых частиц грунта;
 w - плотность воды, принимается равной 1,0 т/м3 .
6
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
К просадочным относятся пылевато-глинистые грунты, для которых при числе пластичности 1,01<Ip<0,1; 0,1 < Ip < 0,14; 0,14< Ip < 0,22 показатель просадочности Iss соответственно меньше 0,1; 0,17 и 0,24.
Критерии просадочности связаны с внешними воздействиями, при опеделенных величинах которых, возможно развитие просадки грунтов.
Критериями просадочности являются начальное просадочное давление РSL и
начальная просадочная влажность WSL. Критерии просадочности тесно связаны между собой и при комплексном рассмотрении их вместе с относительной просадочностью SL дают достаточно полную характеристику просадочных грунтов.
Относительная просадочностъ представляет собой отношение изменения
толщины слоя грунта при его замачивании под заданным давлением к его первоначальной толщине в природном залегании и равняется:
 SL 
hn.p - hsat. p
hn.q
,
(3)
где hn.р – высота образца грунта природной влажности, обжатого заданным
давлением, мм;
hn.g – высота образца грунта природной влажности, обжатого давлением,
равным природному, мм;
hsat p – высота того же образца грунта после пропуска через него воды при
сохранении давления, мм.
Грунт с SL  0,01 рассматривается как практически непросадочный.
Начальное просадочное давление РSL представляет собой минимальное давление от фундамента или собственного веса грунта, при котором начинает проявляться
при помощи водонасыщении просадка грунта. По своей сущности это давление, нарушающее природную структурную прочность грунта в водонасыщенном состоянии, в
результате чего фаза нормального уплотнения переходит в фазу просадки, сопровождающуюся перестройкой структуры грунта и интенсивным уплотнением.
За величину начального просадочного давления, по результатам компрессионных испытаний, принимается давление, при котором относительная просадочность
7
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
SL = 0,01 т.е. та величина, ниже которой грунты считаются непросадочными.
Начальная просадочная влажность WSL – это влажность, при которой просадочные грунты, находящиеся под нагрузкой от фундаментов или собственного веса
грунта, начинают проявлять просадочные свойства.
Начальная просадочная влажность тесно связана с начальным просадочным
давлением. Каждому давлению на грунт соответствует определенная величина
влажности, при которой начинает проявляться просадка.
Величина начального просадочного давления и начальной просадочной влажности имеют важное практическое значение для проектирования зданий и сооружений на лессовых просадочных грунтах. Эти показатели используются для расчета
просадки при замачивании просадочной толщи: для определения величины давления на просадочный грунт, при котором просадка от нагрузки фундаментов будет
отсутствовать; для назначения необходимой глубины устранения просадочных
свойств и т.д.
Просадка лессовых грунтов проявляется только в тех случаях, когда суммарное давление от фундамента и собственного веса грунта превышает начальное просадочное давление. При давлении меньше величины начального просадочного давления и при влажности меньше начальной просадочной влажности, просадка от собственного веса грунта и нагрузки от фундамента отсутствует.
2 Развитие просадочных деформаций по глубине
При расчете общей величины ожидаемых деформаций суммируются: просадки, получаемые от давления по подошве фундамента, с просадками от собственного
веса грунта и обычная осадка.
Если известно начальное просадочное давление, то можно графически определить границы областей зон деформаций.
В общем случае просадки по глубине характеризуются наличием трех характерных зон (рисунок 1):
1 - верхняя зона просадки, в пределах которой происходит просадка грунта
под совместным действием нагрузки от фундамента и собственного веса грунта. Она
8
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
распространяется от подошвы фундамента до глубины, на которой вертикальные
напряжения от нагрузки фундамента (σzp) и собственного веса грунта (σzq), равняются величине просадочного давления РSL, т.e. σzp + σzq = РSL ;
2 - нейтральная или пассивная зона, в которой деформации грунта при замачивании практически отсутствуют, так как суммарные напряжения от собственного
веса грунта (σzq) и нагрузки фундамента (σzp) в ней меньше величины начального
просадочного давления, т.е. σzq + σzp < РSL;
3 - нижняя зона просадки, в пределах которой происходит просадка грунта от
его собственного веса. Начинается она с глубины, где вертикальные напряжения от
собственного веса грунта равняются начальному просадочному давлению (σzq = РSL)
и заканчивается на нижней границе просадочной толщи
Рисунок 1- Зоны деформаций просадочного грунта в основании
(общий случай)
В зависимости от давления, передаваемого подошвой фундамента на грунт, и
толщины слоя просадочного грунта из общего случая могут быть выделены различ9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ные частные случаи:
а - при относительно небольшом значении начального просадочного давления
нейтральная зона может отсутствовать, просадки грунта от собственного веса могут
возникать уже на нижней границе; верхней зоны просадки (верхняя и нижняя зоны
просадки сливаются);
б - при сравнительно небольшой мощности просадочной толщи и достаточно
высоком значении начального просадочного давления, может отсутствовать нижняя
зона просадки, т.е. - просадки грунта от собственного веса нет;
в - при сравнительно небольших внешних нагрузках может отсутствовать
верхняя зона просадки, т.е. просадка будет происходить только от собственного веса
грунта в пределах нижней зоны просадки.
Общий характер просадки грунтов наблюдается в тех случаях, когда фундамент возводят на естественном основании. При подготовке оснований путем уплотнения просадочных грунтов тяжелыми трамбовками, устройства грунтовых подушек, закреплении верхнего слоя грунта при вытрамбовывании котлованов или снижении давления на грунт до величины начального просадочного давления, общий
случай деформации грунтов переходит в частный случай «в».
Грунтовые условия строительных площадок в зависимости от возможности
проявления просадки грунтов от собственного веса при их замачивании подразделяются на два типа:
I тип - толщина просадочных грунтов, в которых просадки грунта от их собственного веса отсутствуют, или возможные величины просадки не превышают 5см,
причем просадка грунта происходит в основном в пределах верхней зоны;
II тип - это толщи просадочных грунтов, в которых величина просадок от собственного веса грунта превышает 5 см.
Деление грунтовых толщ на типы по просадочности является чрезвычайно
важным методологическим приемом, определяющим подход к проектированию и
возведению зданий и сооружений на просадочных грунтах. От правильного определения типа грунтовых условий во многом зависит надежное существование проектируемых объектов в процессе строительства и эксплуатации.
10
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3 Расчет ожидаемой просадки
Расчет оснований и фундаментов на просадочных грунтах по деформациям
сводится к удовлетворению неравенства:
S + SSL  Su,
где
(4)
S – величина деформации основания, вызванная нагрузкой от фундамен-
та, определяемая как для обычных непросадочных грунтов в соответствии с их деформационными характеристиками при природной или установившейся влажности.
Порядок расчета приведен в [1].
SSL – величина деформации основания, вследствие просадки грунтов при их
замачивании;
Su, – предельно допустимая величина совместной деформации основания и
сооружения, устанавливаемая в соответствии с указаниями Приложением Д [2].
Просадка грунтов SSL основания при увеличении их влажности вследствие замачивания сверху больших площадей, а так же замачивания снизу при подъеме
уровня подземных вод определяется по формуле:
n
S SL    SLi  hi  K SLi ,
(5)
i 1
где SLi – относительная просадочность i -го слоя грунта;
hi – толщина i-го слоя, мм;
К SLi – коэффициент, принимаемый равным 1 для всех слоев грунта в пределах зоны просадки при - В  12 м; при В  3 м вычисляется по формуле:
 P  PSLi 
  1,5
K SLi  0 ,5  
 P0 
(6)
где Р – среднее давление под подошвой фундамента, кПа;
РSLi – начальное просадочное давление грунта i -го слоя; кПа;
Р0 – давление, равное 100 кПа.
При 3 < В < 12м - определяется по интерполяции между значениями КSLi , полученными при b = 3 м и b=12м.
11
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
При определении просадки от собственного веса грунта принимается КSLi =1
n – число слоев, на которое разбита зона просадки HSL, принимаемая:
HSL =hSL,P – толщина верхней зоны просадки при определении просадки грунта от внешней нагрузки (от фундамента) - SSL,P ;
HSL =hSL,q - толщина нижней зоны просадки при определении просадки
грунта от собственного веса SSL,q.
4 Примеры расчетов
4.1 Общие исходные данные для примеров расчета
Расчет осадки и просадки основания фундамента предшествует определение
глубины заложения подошвы фундамента, установление размеров подошвы в плане
и среднего давления по подошве фундамента.
Рассматриваемая площадка строительства сложена следующими слоями грунта:
- верхний слой на глубину 0,4 м представлен растительным слоем;
- ниже залегает слой лессовидного макропористого суглинка мощностью 9,6м,
подстилаемого до глубины 10 м непросадочной глиной.
Грунтовые воды до глубины 15 м не встречены. Необходимо исходные данные
о свойствах грунтов приведены в таблице 1.
Таблица 1 – Физико-механические характеристики грунтов
Глу№
s

бина,
3
слоя
т/м т/м3
м
1
2
3
4
W
WL
Wp
e
Относительная просадочность
E
Psi
si кПа
МПа кПа
Р1=100 Р1=200 Р1=300
кПа
кПа
кПа
0-0,4
1,55
0,46 2,68 1.71 0,12 0,32 0,18 0,72 17,4
610 2,71 1,78 0,16 0,31 0,18 0,71 17,4
1015 2,72 1,92 0,18 0,44 0,21 0,67 22
45
80
-
0,024
0,018
-
0,042
0,034
-
0,050
0,055
-
12
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4.2 Определение просадки грунтов от собственного веса и типа грунтовых
условий по просадочности
Последовательность расчета просадки грунтов, от действия собственного веса,
следующая:
1. Определяется удельный вес лессового грунта, при полном водонасыщении
по формуле:
 isat 
s  q

1  Wi
 w  q  ei
1  ei
,
(7)
Используя данные таблицы 1 получаем:
для 2-го слоя
 2sat 
1,71  10 1  10  0 ,72

 19 ,5 кН/м3,
1  0 ,12
1  0 ,72
 3sat 
1,78  10 1  10  0 ,71

 19 ,5 кН/м3.
1  0 ,16
1  0 ,71
для 3-го слоя
2. Разбивается основание в пределах всей просадочной толщи на однородные
по физико-механическим свойствам слои толщиной не более 2м как показано на рисунке 2.
3. Определяется напряжения от собственного веса водонасыщенного грунта на
границе слоев по формуле:
n
 zqi    isat  hi
(8)
i
4. Определяются напряжения от собственного веса водонасыщенного грунта в
середине каждого слоя σnzqi.
 n zqi 
 zqi1   zqi
2
(9)
5. По величине напряжений σnzqi, используя данные таблицы 1, определяются
соответствующие значения SLi методом интерполяции.
13
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
6. Определяется просадка от собственного веса грунта.
7. Определяется тип грунтовых условий по просадочности. Результаты расчетов представлены в таблице №2.
Рисунок 2 - К определению просадки от собственного веса грунта
и типа грунтовых условий по просадочности
Таблица 2 - Результаты расчетов просадки от собственного веса грунта.
№
слоя
1
2
3
4
5
6
Глубина, м
0-0,4
0,4-2,0
2,0-4,0
4,0-6,0
6,0-8,0
8,0-10,0
h,
м
0,4
1,6
2,0
2,0
2,0
2,0
sati,
кН/м3
15,5
19,5
19,5
19,5
19,5
19,5
σzqi,
кПа
6,2
37,4
76,4
115,4
154,4
193,4
σzqi,
кПа
3,1
21,8
56,9
95,9
134,9
173,9
Psi,
кПа
45
45
45
80
80
SLi
ksli
0,014
0,023
0,024
0,030
1
1
1
1
1
Ssiqi,
м
0,021
0,046
0,048
0,060
14
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Ожидаемая просадка от действия собственного веса грунта в пределах просадочной толщи (начинается с глубины z = 2,5, где σzq = 46 кПа  РSL =45 кПа). SSLq
=0,021 + 0,046 + 0,048 + 0,060 = 0,175 м = 17,5 см. Так как SSLq =17,5 > 5 см, то согласно [2] грунтовые условия площадки относятся ко II типу просадочности.
4.3 Определение просадки грунтов основания фундаментов
Требуется определить деформацию основания фундамента, имеющего размеры в плане L×В = 1,8×1,5 м и глубину заложения подошвы (d = 2,1 м. Среднее
давление под подошвой фундамента составляет P = 150 кПа.
Порядок расчета просадки грунтов основания фундаментов следующий:
1. Составляется расчетная схема (рисунок 3). При этом следует иметь ввиду,
что толщина отдельных слоев грунта выше границы сжимаемой толщи принимается
в пределах hi = ( 0,2  0,4 )×b , а ниже границы сжимаемой толщи hi  2 м.
2. Определяются вертикальные напряжения от внешней нагрузки σzpi и собственного веса грунта σzqi.
3. Суммируются напряжения σzpi + σzqi и находится среднее значение суммарного вертикального напряжения в i - том слое грунта.
4. По средним значениям суммарных вертикальных напряжений находятся, с использованием таблицы 1, соответствующие значения относительной просадочности.
5. По формуле 6 определяются значения коэффициента kSLi для верхней зоны
просадки от внешней нагрузки.
6. По формуле 5 вычисляется величина просадки грунтов основания фундаментов. Результаты расчетов для рассматриваемого фундамента приведены в таблице 3.
Полученная величина просадки равна SSL= 0,318 м, а полная деформация основания с учетом осадки равна: S=SSL+S= 0,318 +0,01= 0,328м= 32,8 cм, где S = 0,01 м
расчетная величина осадки основания фундамента, полученная по методу послойного элементарного суммирования.
15
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 3 - Расчет просадки грунтов основания фундаментов.
№
точки
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
h,
м
0,5
0,5
0,5
0,4
0,5
0,5
1,0
2,0
2,0
α
z,м
2z/b
0
0,5
1,0
1,5
1.9
2,4
2,9
3,9
5,9
7,9
0
1,0
0,67 0,86
1,33 0,68
2
0,38
2,65 0,23
3,31 0,19
3,9 0,10
5,2 0,079
7,9 0,035
10,5 0,020
σzpi
кПа
σzqi
кПа
σzpi
σm,
+Gzqi кПа
150 39,4 189,4
129 49,2 178,2
102 58,9 160,9
57
68,7 125,7
34,5 76,5 111,0
28,5 86,2 114,7
15,0 96,0 112,9
11,9 115,5 119,2
5,3 154,5 143,6
3,0 193,5 178,2
183,8
169,6
143,3
118,4
112,9
119,2
143,6
178,2
SLi
KSLi
РSLi
кПа
SSLi,
м
0,039
0,037
0,031
0,028
0,026
0,026
0,021
0,024
0,031
2,08 45
2,08 45
2,08 45
2,08 45
2,08 45
2,08 45
1,0 80
1,0 80
1,0 80
Итого:
0,04
0,038
0,032
0,023
0,027
0,027
0,021
0,048
0,062
0,318
Рисунок 3- К определению просадки грунтов основания фундаментов
Если представить что проектируются фундаменты промышленного здания с
металлическим каркасом, для которого максимальная величина осадки составляет
Su= 12 см (приложение Д [2]), то имеем S = 32,8 см > Su = 12 см.
16
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Данное обстоятельство указывает на то, что в рассматриваемых грунтовых
условиях требуется либо устранить часть просадочных деформаций грунта основания, либо использовать свайные фундаменты. Оптимальный вариант определяется технико-экономическим сравнением.
17
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Список использованных источников
1. Перов В.П. Расчет осадки фундаментов с использованием ЭВМ. М.У. к выполнению курсового проекта, Оренбург, 1989 - 13 с.
2. СП 22.13330.2011 Основания зданий и сооружений. М: ООО «ЦПП», 2011.162 с.
18
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
101
Размер файла
576 Кб
Теги
просадки, 3300, грунтов, расчет, основания, деформация, фундаментов, учетом
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа