8. Расчет и проектирование фундаментов

В курсовой работе студенту необходимо определить глубину заложения столб­чатых фундаментов и размеры их подошвы, при этом следует помнить, что при подсчете нагрузок выбирается самый нагру­женный фундамент, а затем спроектировать его в сборном или монолитном варианте.

Расчет и проектирование фундаментов следует начинать с оценки инженерно-геологических условий площадки строительства, руководствуясь СНиП 2.02.01-83 (Основания зданий и сооружений) или настоящими методическими указани­ями.

8.1. Оценка инженерно-геологических условий

Для проведения необходимых расчетов фундаментов на основании указанных в табл. 22 исходных характеристик грунта рас­считываются по формулам следующие характеристики.

1. Объемная масса (вес) скелета грунта (г/см³):

γ_ск = γ _II / (1+W), г/см³ , (19)

где γ _II – объемная масса (вес) грунта, т. е. отношение мас­сы всего грунта в образце, в т. ч. и массы воды, заключенной в порах, к объему образца;

W – влажность грунта (в долях единицы), т. е. отноше­ние массы воды к

массе высушенного грунта;

γ_ск – объемная масса (вес) скелета грунта, т. е. отноше­ние массы (веса)

минеральных частиц грунта в об­разце к объему всего образца.

2. Коэффициент пористости

e₀ = (γ_s - γ_ск ) / γ_ск , (20)

где γ_s – удельная масса грунта, т. е. отношение массы твер­дых (минеральных) частиц грунта к их объему;

e₀ – природное (начальное) значение коэффициента пористости, т. е. отношение объема пор грунта к объему его скелета.

3. Пористость

n = e₀ / (1 + e₀ ), (21)

где п – пористость грунта, т. е. объем пор для единицы объ­ема грунта.

4. Степень влажности

G = W · γ_s / γ_w · e₀ , (22)

где γ_w – удельная масса воды;

величина γ_w · e₀ / γ_s = W_п – полная влагоёмкость грунта, т. е. влажность, теоретически соответствующая полному заполнению пор водой.

По вычисленному значению степени влажности для грунтов, имеющих жесткий скелет (пески, пылеватые грунты), появляется возможность охарактеризовать их по степени водонасыщенности:

маловлажные – 0 < G < 0,5;

влажные – 0,5 < G < 0,8;

насыщенные водой – 0,8 < G < 1.

Для глинистых грунтов коэффициент водонасыщенности будет близок к единице, и для них более существенное значение имеют общее содержание воды и обусловленная им степень связанности. К связным грунтам относят, главным образом, различные глины и суглинки. Для этих грунтов естественная плотность, а следовательно, и несущая способность зависят от их консистенции (густоты). В зависимости от содержания воды консистенция глинистых грунтов меняется в значитель­ных пределах и может быть текучей, пластичной или твердой.

5. Число пластичности:

I_р = W_L - W_p . (23)

Bид глинистого грунта определяется:

супесь – 0,01 < I_р < 0,07;

суглинок – 0,07 < I_р < 0,17;

глина – I_р > 0,17.

6. Показатель консистенции глинистого грунта

I_L = ( W -W_p) / (W_L - W_p), (24)

Уточняем наименование глинистого грунта

Супеси: твердые – I_L < 0;

пластичные – 0<. I_L < 1;

теку­чие – I_L > 1.

Суглинки и глины: твердые – I_L < 0;

полутвердые – 0< I_L < 0,25;

тугопластичные – 0,25 < I_L < 0,50;

мягкопластичные – 0,50 < I_L < 0,75;

текучепластичные – 0,75< I_L < 1;

текучие – I_L > 1.

7. Коэффициент относительной сжимаемости грунта.

а = tg α = (e₀ – e_п) / (P_п-Р₀), (25)

где e₀ – начальное (природное) значение коэффициента по­ристости;

e_п – конечное значение коэффициента пористости.

Коэффициент сжимаемости используется при расчете оса­док фундамента. Важной характеристикой сжимае­мости грунтов является модуль деформации (Е), связанный с коэффициентом сжимаемости зависимостью:

Е = β₀· (1 + e₀ ) / а = β₀ / а₀ , (26)

где β₀ = 1 – 2μ²/ (1 - μ) – безразмерный коэффициент, зависящий от

коэффициента бокового расширения грунта (коэффициента Пуассона) μ;

а₀ = а / (1 + e₀ ) – приведенный коэффициент сжимаемости.

Для различных видов грунтов μ равно: песчаных – 0,27;

супесей и суглинков – 0,35;

глин – 0,40.

После вычисления значения приведенного коэффициента сжимаемости можно сделать заключение о степени сжимае­мости грунта основания (см²/кгс):

а₀ > 0,05 – сильно сжимаемые;

0,005 < а₀ < 0,05 – средней сжимаемости;

а₀ < 0,005 – слабо сжимаемые.

При оценке инженерно-геологических условий студент на основании полученных исходных данных и вычисленных ха­рактеристик должен в пояснительной записке сделать общее заключение о возможности использования грунтов в качестве естественного основания, охарактеризовав грунты по конси­стенции, водонасыщенности, пористости и сжимаемости (см. пример).