Волков В.Н., Иванов Н.Н. Оценка просадки лёссовых грунтов в основаниях инженерных сооружений

Подождите немного. Документ загружается.

Все вышеизложенные способы обработки результатов лабораторных

исследований, а также данные о ключевых характеристиках массивов

просадочных грунтов (έ

sl,

типе грунтовых условий) непосредственно

относятся к сфере деятельности инженера - геолога. Эти материалы служат

основой для расчетов просадок в основании инженерных сооружений,

осуществляемых инженером - строителем.

2. РАСЧЕТ ПРОСАДКИ ГРУНТОВ В ОСНОВАНИИ

ИНЖЕНЕРНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Согласно нормативным документам (СНиП 2.02.01-83*) величина

просадки грунтов (S

) определяется по формуле:

= ∑ έ

,i • ķ

,i • h

,i ( 2 )

,i – относительная просадочность слоя грунта, определяемая по

результатам компрессионных испытаний; h

,i – толщина слоя грунта (не более

2-х метров); ķ

,i – коэффициент, принимаемый в зависимости от ширины

фундамента (b): при b не менее 12 метров – ķ

,i равен единице, при b не более

3 м коэффициент вычисляется по формуле:

,i = 0,5 + 1,5 • (р – р

,i) / р* ( 3 )

р – среднее давление под подошвой фундамента, кПа; р

,i – начальное

просадочное давление для i –го слоя грунта, кПа; р*- давление, равное 100 кПа.

Если ширина фундамента более 3 и менее 12 метров, значения ķ

определяются по интерполяции между величинами, полученными при b = 3 м

и b = 12м

В качестве примера определим просадку основания под фундаментом

жилого дома, который проектируется на участке с грунтовыми условиями,

изученными в первом разделе пособия. Размеры фундамента – l = 24 м, b = 10

м, глубина заложения (d) равна 2 метра, величина нагрузки – 0,2 МПа (200

кПа).

Решение поставленной задачи (и ей подобных) сводится к

последовательному выполнению следующих операций:

- определение давления под подошвой фундамента;

- оценка величин суммарных фактических сжимающих напряжений в

грунтах основания;

- установление мощности просадочной толщи и обоснование расчетной

схемы;

- расчеты по формулам ( 3 ) и ( 2 ).

В рассматриваемом случае, давление по подошве фундамента с учетом

глубины заложения будет равно: 200 кПа – ( 16,5 кН/м

× 2 м ) = 167 кПа

(0,167МПа).

Фактические сжимающие напряжения определяются для каждого метра

просадочных грунтов основания путем суммирования давлений, создаваемых

собственным весом грунтов (σ

) и напряжений от действия сооружения (σ

zр

). Значения σ

уже известны (см. раздел 1), а величины σ

zр

рассчитываются,

согласно СНиП 2.02.01 – 83*, для вертикали, проходящей через центр

фундамента, по формуле - σ

zр

= α (К)р ; где α или К коэффициенты,

устанавливаемые по таблицам (таблицы приводятся во всех учебниках по

механике грунтов и в СНиП 2.02.01 – 83*, а правила их использования

известны).

Для данного примера величины напряжений от действия проектируемого

сооружения на соответствующих глубинах (от подошвы фундамента)

приведены в таблице 2. Для удобства рассмотрения в этой же таблице сведены

значения других важнейших характеристик, необходимых при выполнении

двух заключительных операций в решении поставленной задачи.

Таблица 2

Глубина от

подошвы

фундамента, м

, кПа

α или К σ

, кПа σ

+ σ

zр

кПа

sl ,

кПа

0 33 1,0 167 200 120

1 49 0,988 165 214 70

2 66 0,976 163 229 50

3 83 0,926 154,6 237,6 70

4 102 0,876 146,3 248,3 -

5 119 0,808 135 254 90

6 137 0,739 123,4 260,4 100

7 157 0,675 112,7 269,7 -

Анализ таблицы 2 показывает, что для всех интервалов геологического

разреза, сложенных просадочными грунтами, величины тотальных сжимающих

напряжений существенно превышают соответствующие значения начальных

просадочных давлений. Вместе с тем с помощью таблицы невозможно

наглядно представить соотношения этих характеристик в разрезе и точно

установить мощность просадочных грунтов. Эта задача решается

графоаналитическим способом на основе рассмотрения расчетной схемы,

отображающей в определенном масштабе параметры сооружения и

необходимые свойства грунтов основания (рисунок 3).

Рис. 3. Расчетная схема к определению просадки основания.

Условные обозначения:

Ι - верхняя просадочная толща; Ι Ι - нижняя просадочная толща;

А – зависимость начального просадочного давления от глубины;

Б – зависимость тотального сжимающего напряжения от глубины

1, 2, 3, 4 – номера элементарных слоев, на которые разделены

просадочные грунты (остальные условные обозначения см. на рисунке 2).

На рисунке четко обозначены зоны грунтов, где общее сжимающее

напряжение превышает значения начального просадочного давления. Эти зоны

разделены метровым слоем непросадочных погребенных почв. Таким образом

общая мощность просадочных грунтов основания равна 6 -ти метрам (3 м –

верхняя зона и 3 м – нижняя). Согласно нормативным документам, количество

выделяемых расчетных слоев должно быть не менее 2-х, их толщина – не

более 2–х метров , при условии, что изменение суммарного напряжения в

пределах каждого слоя не превышает 200 кПа. В рассматриваемом случае

целесообразно разделить верхнюю и нижнюю просадочные зоны на два

элементарных слоя мощностью по 1,5 метра (см. Рис.3).

Относительная просадочность определяется для середины каждого слоя

с помощью графиков, представленных на рисунке 1, при соответствующих

значениях тотального напряжения, которые можно снять с графика,

изображенного на рисунке 3. Например, среднее для второго слоя суммарное

напряжение составляет 230 кПа (0,23 МПа). На рисунке 1 этому слою

соответствуют линии 4 и 5. Восстановив перпендикуляр от точки 0,23 МПа до

пересечения с линиями, получим на вертикальной оси соответствующие

значения относительной просадочности -

0,036 и 0,041. Средняя величина έ

sl, 2

составит – 0,0385. Определенные подобным образом для других слоев

значения относительной просадочности будут равны :

sl, 1

= 0,02;

sl,3

= 0,025;

sl, 4

= 0,026.

Для выполнения расчетов суммарной просадки по формуле ( 2 )

необходимо оценить с помощью уравнения (3 ) значения коэффициента ķ

для каждого слоя, поскольку ширина проектируемого фундамента более трех и

менее 12-ти метров (при этом используются средние для каждого слоя

величины начальных просадочных давлений):

= 0,5 + 1,5 (167 – 90) / 100 = 1,65;

= 0,5 + 1,5 (167 – 65) / 100 = 2,03;

= 0,5 + 1,5 (167 – 90) / 100 = 1,65;

= 0,5 + 1,5 (167 – 95) / 100 = 1,58

Истинные величины коэффициентов для проектируемого фундамента

находим интерполяцией между полученными значениями и единицей. Они

составят: ķ

= 1,14; ķ

= 1,23 ; ķ

= 1,14; ķ

= 1,13.

Определяем просадку каждого слоя грунта:

= 0,020 × 150 см × 1,14 = 3,4 см

= 0,0385 × 150 см × 1,23 = 7,1 см

= 0.025 × 150 см × 1,14 = 4,3 см

= 0,026 × 150 см × 1,13 = 4,4 см

Суммарная просадка основания составит 19,2 см.

Полученная величина используется при оценке оснований инженерных

сооружений, проектируемых на просадочных грунтах по деформациям. Для

этого она суммируется со значением суммарной деформации осадки,

определяемой для сжимаемых грунтов вне зависимости от их специфических

свойств. Результат сравнивается с предельно допустимой деформацией,

определяемой нормативными документами (СНиП 2.02.01 – 83*) для

различных по конструкции и назначению инженерных сооружений. В случае

превышения нормативного значения, предусматриваются мероприятия по

устранению (полному или частичному) просадочности грунтов, либо по

изменению конструктивных особенностей фундамента. Подробное

рассмотрение этих мероприятий не входит в круг вопросов, рассматриваемых в

настоящем пособии.

3. КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

Ниже приводятся задания для самостоятельной работы. В качестве

начальных условий даны результаты лабораторных исследований грунтов и

параметры проектируемых инженерных сооружений. Требуется обработать

данные лабораторных определений, определить тип грунтовых условий,

рассчитать просадку основания сооружения.

Задание 1.

Водовод технической воды часового завода, скважина №7(0 -0,6м -почва;

0,6-10м -суглинок лессовидный, твердый)

глубина удельный вес относит. просадочность при

отбора, грунта, кН/м

давлении, МПа

м 0,1 0,2 0,3

1,0 16,4 0,032 0,058 0,072

2,0 16,2 0,033 0,058 0,073

3,0 16,4 0,032 0,056 0,070

4,0 16,1 0,014 0,026 0,032

5,0 16,0 0,015 0,027 0,034

6,0 16,6 0,018 0,033 0,041

7,0 16,8

16,6

17,2

0,003

0,006

0,009

0,006

0,011

0,016

0,008

0,014

0,020

8,0

9,0

10,0 19,0 0,000 0,000 0,000

Проектируется насосная станция: фундамент - l = 6 м, b = 4 м, d =2 м.

Величина нагрузки – 0,15 МПа.

Задание 2.

10-этажный жилой дом по ул. 2-я Краснодарская (г.Ростов-на-Дону).

Фундамент ленточный, b = 2 м, d =3 м. Величина нагрузки – 0,3 МПа.

Скважиной №8091 вскрыты грунты: 0 -0,6м -почва; 0,6 –3 м -суглинок

лессовидный, твердый; 3 -4м –глина, 4 –7 м -суглинок лессовидный, свыше 8 м

– суглинок водонасыщенный.

глубина удельный вес относит. просадочность при

отбора, грунта, кН/м

давлении, МПа

м 0,1 0,2 0,3

1,0 16,9 0,003 0,036 0,063

2,0 16,6 0,008 0,053 0,083

3,0 19,3 0,001 0,004 0,007

4,0 16,9 0,005 0,032 0,080

5,0 17,0 0,004 0,030 0,070

6,0 17,4 0,003 0,015 0,056

7,0 17,6 0.001 0.010 0,032

8,0 18,7 0,000 0,002 0,005

Задание 3.

9 -этажный жилой дом (г.Азов), фундамент ленточный -b = 2 м, d =2,5 м.

Нагрузка – 0,25 МПа. грунты: 0 -1м -почва; 1 -8,5м -суглинок лессовидный; 8,5

-9,7м -супесь; 9,7 -15,2м -суглинок непросадочный.

глубина удельный вес относит. просадочность при

отбора, грунта, кН/м

давлении, МПа

м 0,1 0,2 0,3

1,2 14,9 0,062 0,099 0,120

2,2 15,7 0,010 0,017 0,048

3,3 16,6 0,003 0,034 0,058

4,2 16,8 0,015 0,027 0,034

5,2 16,6 0,005 0,023 0,036

6,2 16,8 0,010 0,050 0,070

7,2 16,8 0,019 0,037 0,048

8,2 16,5 0,037 0,063 0,086

9,2 16,9 0,026 0,037 0,046

10,2 19,9 0,000 0,000 0,000

Задание 4.

Жилой дом в МКР «Темерник» (г.Ростов-на-Дону). Параметры фундамента: l =

20 м, b = 10 м, d =2 м. Величина нагрузки – 0,2 МПа. Грунты основания: 0,0 –

1,5 м – почва; 1,5 –8,5 м – суглинок лессовидный, твердый; свыше 8,5 м –

суглинок водонасыщенный.

глубина удельный вес относит. просадочность при

отбора, грунта, кН/м

давлении, МПа

м 0,1 0,2 0,3

2,0 16,3 0,006 0,018 0,029

3,0 16,3 0,001 0,042 0,081

4,0 15,6 0,037 0,089 0,104

5,0 16,0 0,032 0,080 0,1

6,0 18,2 0,002 0,004 0,014

7,0 19,0 0,001 0,004 0,012

8,0 18,4 0,000 0,000 0,011

9,0 18,3 0.000 0,000 0,006

10,0 19,7 0,000 0,000 0,000

Задание 5.

Несветайская ГРЭС, машинное отделение. Фундамент: l =16 м, b = 10 м,

d =2 м, нагрузка – 0,2 МПа. Грунты основания: 0,0 –1 м – почва; 1.0 - 3,5 м -

суглинок твердый; 3,5 –4,5 м – погребенная почва; 4,5 –7,5 м– суглинок

твердый; свыше 7,5 м –глина.

глубина удельный вес относит. просадочность при

отбора, грунта, кН/м

давлении, МПа

м 0,1 0,2 0,3

2,0 18,0 0,029 0,050 0,064

3,0 19,3 0,023 0,035 0,040

4,0 19,5 0,000 0,015 0,020

5,0 19,2 0,015 0,043 0,052

6,0 19,2 0,010 0,025 0,034

7,0 19,8 0,003 0,008 0,011

8,0 19,7 0,000 0,000 0,000

Задание 6.

Жилой поселок коттеджной застройки. Коттедж с ленточным

фундаментом шириной 0,8 м, d =1,2 м, создающий нагрузку 0,1 МПа. Грунты

основания: 0 – 0,9 м –почва; 0,9 – 7,5 м –суглинок лессовидный, твердый; 7,5 –

8,0 м –почва погребенная; свыше 8 м –суглинок водонасыщенный.

глубина удельный вес относит. просадочность при

отбора, грунта, кН/м

давлении, МПа

м 0,1 0,2 0,3

1,0 17,9 0,008 0,016 0,030

2,0 18,0 0,006 0,014 0,022

3,0 18,3 0,004 0,022 0,052

4,0 18,5 0,001 0,007 0,018

5,0 17,7 0,009 0,026 0,047

6,0 18,9 0,003 0,006 0,013

7,0 18,8 0,001 0,021 0,036

8,0 19,7 0.000 0,001 0,003

Задание 7.

Жилой дом по ул. Нансена (г. Ростов н/Д). Фундамент: длина – 30 м;

ширина – 10 м; глубина заложения – 3 м; нагрузка – 0,25 МПа. Грунты

основания: 0 – 1,0 м –почва; 1,0 – 7,5 м –суглинок лессовидный, твердый; 7,5 –

10,0 м –глина тугопластичная

Глубина Удельный вес относит. просадочность при

отбора, грунта кН/м

давлении, МПа

м 0,1 0,2 0,3

3,0 16,9 0,021 0,029 0,038

4,0 17,0 0,015 0,020 0,034

5,0 17,4 0,001 0,010 0,033

6,0 17,6 0,018 0,021 0,028

7,0 18,4 0,011 0,018 0,026

8,0 19,0 0,000 0,000 0,004

Задание 8.

Подземный переход через пр. Октября (г.Ростов н/Д). Фундамент: l =20

м, b = 6 м, d =4 м, нагрузка – 0,15 МПа. Грунты основания: 0 – 2,5 м –насыпной

грунт с удельным весом 17,0 кН/ м

; 2,5 - 7,8 м –суглинок лессовидный,

твердый; свыше 7,8 м –глина.

Глубина удельный вес относит. просадочность при

отбора, грунта, кН/ м

давлении, МПа

М 0,1 0,2 0,3

3,0 17,5 0,009 0,013 0,015

4,0 16,5 0,018 0,025 0,027

5,0 17,3 0.010 0,015 0,024

6,0 18,1 0,017 0,029 0,034

7,0 18,3 0,010 0,013 0,016

8,0 19,5 0,000 0,000 0,000

Задание 9.

Жилой дом в г. Георгиевске. Фундамент: l =25 м, b = 10 м, d =3,0 м,

нагрузка – 0,25 МПа. Грунты основания: 0 – 0,4м –почва; 0,4 – 8,0 м –суглинок

лессовидный, твердый; 8,0 – 9,5 м –погребенная почва; 9,5 – 13,0 м –суглинок

лессовидный, твердый; свыше 13 м –суглинок водонасыщенный.

глубина удельный вес относит. просадочность при

отбора, грунта, кН/м

давлении, МПа

м 0,1 0,2 0,3

1,0 16,9 0,008 0,058 0,066

2,0 16,7 0,052 0,095 0,118

3,0 15,7 0,030 0,042 0,057

4,0 16,4 0,008 0,032 0,068

5,0 17,0 0,004 0,032 0,053

6,0 17,6 0,010 0,030 0,035

7,0 17,7 0,002 0,010 0,022

8,0 18,1 0,000 0,003 0,004

9,0 19,7 0,000 0,000 0,004

10,0 18,8 0,002 0,004 0,012

11,0 18,7 0,011 0,016 0,061

12,0 18,8 0,003 0,004 0,014

13,0 18,8 0,000 0,000 0,003

Задание 10.

Производственный корпус Ростовского колбасного завода. Фундамент

столбчатый, l =b, глубина заложения – 4 м, величина нагрузки – 0,25 МПа.

Грунты основания: 0 – 1 м -насыпной грунт с удельным весом 18,0 кН/ м

;

1 – 1,5 м –почва ( удельный вес – 20,0 кН/ м

); 1,5 – 7,5 м –суглинок

лессовидный, твердый; 7,5 – 9,0 м – погребенная почва; 9,0 – 10,0 м – суглинок

лессовидный, твердый; свыше 10,0 м –глина непросадочная.

глубина удельный вес относит. просадочность при

отбора, грунта, кН/м

давлении, МПа

м 0,1 0,2 0,3

2,0 18,7

18,5

18,0

0,000 0,003 0,010

3,0 0,006 0,011 0,020

4,0 0,021 0,028 0,032

5,0 17,7 0,015 0,027 0,040

6,0 17,5 0.018 0,035 0,037

7,0 17,9 0,002 0,004 0,012

8,0 19,5 0,000 0,002 0.007

9,0 19,4 0,006 0,011 0,027

10,0 19,5 0,000 0,000 0,000

Литература

1. Гороховский В.М. Механика грунтов. – Ростов – на – Дону: Изд-во

РГУ, 1988.

2. Грунтоведение / Под ред. Е. М. Сергеева. – М.: Изд-во МГУ, 1983.

3. СНиП 2.02.01 – 83*. Основания зданий и сооружений / Минстрой

России.: ГУП ЦПП, 1996.

4. Цытович Н.А. Механика грунтов. – М.: Высшая школа, 1983.