Міністерство освіти і науки України
Український державний університет водного господарства та природокористування
Кафедра автомобільних доріг, основ і фундаментів
053-63
Конспект лекцій
“Механіка грунтів, основи і фундаменти”
для студентів спеціальності 6.092100 “Промислове та цивільне будівництво“
стаціонарної та заочної форм навчання
Затверджено на засіданні методичної комісії факультету будівництва та архітектури як конспект лекцій для студентів спеціальності 6.092100 ПЦБ
стаціонарної та заочної форм навчання
Протокол № 8 від 30.05. 2002 р.
PIBHE – 2002
Конспект лекцій “Механіка грунтів, основи і фундаменти“ для студентів спеціальності 6.092100 “Промислове та цивільне будівництво“ стаціонарної та заочної форм навчання /М.О.Фурсович, - Рівне: УДУВГП, 2002, - 88 с.
Упорядник: М.О.Фурсович, канд. техн. наук, доцент.
Відповідальний за випуск: В.А.Гайдукевич, канд. техн. наук, доцент, завідувач кафедри автомобільних доріг, основ і фундаментів.
З М І С Т
|
стор. |
Вступ …………………………………………………………………………………… |
5 |
Розділ І. ПРИРОДА І ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ГРУНТІВ |
|
Тема 1. Основні відомості про Землю і гірські породи |
|
1.1. Походження грунтів ……………………………………………... |
7 |
1.2. Складові компоненти грунтів …………………………………... |
7 |
1.3. Структурні зв‘язки грунту ………………………………………. |
8 |
1.4. Структура і текстура грунту ……………………………………. |
8 |
Тема 2. ФІЗИЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГРУНТІВ |
|
2.1. Інженерно-геологічні вишукування ……………………………. |
9 |
2.2. Фізичні показники грунтів ……………………………………… |
10 |
2.3. Щільність будови грунтів ……………………………………… |
13 |
2.4. Зерновий склад грунтів ………………………………………….. |
14 |
2.5. Консистенція глинистих грунтів ……………………………….. |
15 |
2.6. Класифікація грунтів ……………………………………………. |
16 |
Тема 3. МІЦНІСНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГРУНТУ |
|
3.1. Опір грунтів зсуву ……………………………………………….. |
17 |
3.2. Ефективний і нейтральний тиск ………………………………... |
18 |
3.3. Стабілометричні випробування ………………………………… |
19 |
Тема 4. МОДУЛЬ ДЕФОРМАЦІЇ ГРУНТУ |
|
4.1. Компресійні дослідження ……………………………………….. |
20 |
4.2. Стабілометричні випробування ………………………………… |
22 |
4.3. Метод штампових випробувань ………………………………… |
22 |
Тема 5. ВОДОПРОНИКНІСТЬ ГРУНТУ |
|
5.1. Коефіцієнт фільтрації грунту …………………………………… |
24 |
5.2. Початковий градієнт напору ……………………………………. |
25 |
Тема 6. ОСОБЛИВОСТІ ФІЗИКО-МЕХАНІЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДЕЯКИХ СТРУКТУРНО-НЕСТІЙКИХ І ОСОБЛИВИХ ГРУНТІВ |
|
6.1. Просідаючі грунти та їх властивості …………………………… |
26 |
6.2. Набухаючі грунти та їх властивості ……………………………. |
27 |
Розділ ІІ. механіка грунтів |
|
Тема 7. ВИЗНАЧЕННЯ НАПРУЖЕНЬ В ГРУНТАХ |
|
7.1. Фази напруженого стану грунтів ……………………………….. |
29 |
7.2. Основні припущення …………………………………………….. |
30 |
7.3. Напруження в грунті від дії зосередженого навантаження …... |
31 |
7.4. Напруження в грунті від дії розподіленого навантаження …… |
34 |
7.5. Напруження в грунті від дії рівномірно розподіленого навантаження ………………………………………………………………………….. |
34 |
7.6. Напруження в грунті від дії рівномірно розподіленого навантаження по смузі ………………………………………………………………... |
35 |
7.7. Напруження в грунті від власної ваги грунту …………………. |
36 |
7.8. Розподіл тиску під підошвою фундаментів ……………………. |
37 |
7.9. Визначення напружень методом кутових точок ………………. |
38 |
Тема 8. НЕСУЧА ЗДАТНІСТЬ ГРУНТІВ |
|
8.1. Гранична напружена рівновага грунту в точці ………………… |
39 |
8.2. Розрахунковий опір грунту ……………………………………... |
40 |
8.3. Несуча здатність грунтів ………………………………………... |
43 |
8.4. Стійкість грунтів в укосах ………………………………………. |
44 |
8.5. Тиск грунтів на фундаменти і підпірні стіни ………………….. |
47 |
Розділ ІІІ. ОСНОВИ І ФУНДАМЕНТИ |
|
Тема 9. ПРИНЦИПИ ПРОЕКТУВАННЯ ОСНОВ І ФУНДАМЕНТІВ |
|
9.1. Класифікація фундаментів ……………………………………… |
51 |
9.2. Навантаження на фундаменти і їх сполучення ……………….. |
51 |
9.3. Нормативні та розрахункові значення характеристик грунтів |
53 |
9.4. Принципи проектування основ і фундаментів за граничними станами ………………………………………………………………………….. |
55 |
Тема 10. ФУНДАМЕНТИ МІЛКОГО ЗАКЛАДЕННЯ |
|
10.1. Конструкції фундаментів мілкого закладення ………………... |
58 |
10.2. Послідовність проектування фундаментів мілкого закладення |
59 |
10.3. Глибина закладення фундаментів ……………………………... |
59 |
10.4. Визначення розмірів підошви фундаментів ………………….. |
60 |
10.5. Визначення осідань фундаментів ……………………………... |
63 |
10.6. Види деформацій основ і фундаментів ……………………….. |
64 |
10.7. Перевірка міцності слабкого підстилаючого шару грунту ….. |
65 |
Тема 11. ПАЛЬОВІ ФУНДАМЕНТИ |
|
11.1. Класифікація паль ……………………………………………… |
67 |
11.2. Визначення несучої здатності паль на дію вертикальних навантажень ………………………………………………………………………... |
68 |
11.3. Визначення осідань пальових фундаментів …………………... |
74 |
11.4. Розрахунки горизонтально завантажених паль ………………. |
75 |
11.5. Проектування пальових фундаментів ………………………… |
75 |
Тема 12. ФУНДАМЕНТИ ГЛИБОКОГО ЗАКЛАДЕННЯ |
|
12.1. Опускні колодязі ………………………………………………... |
78 |
12.2. Кесони …………………………………………………………... |
78 |
12.3. Фундаменти, що виготовляють методом “стіна в грунті” …... |
79 |
Тема 13. ФУНДАМЕНТИ В СКЛАДНИХ ТА ОСОБЛИВИХ ІНЖЕНЕРНО- ГЕОЛОГІЧНИХ УМОВАХ |
|
13.1. Проектування фундаментів на просідаючих грунтах ………... |
80 |
13.2. Фундаменти на набухаючих грунтах …………………………. |
84 |
13.3. Будівництво на насипних та намивних грунтах ……………… |
84 |
13.4. Фундаменти на слабких та заторфованих грунтах …………... |
85 |
13.5. Фундаменти на засолених грунтах ……………………………. |
85 |
13.6. Будівництво на територіях з підземними порожнинами …….. |
86 |
13.7. Будівництво в сейсмічних регіонах …………………………… |
87 |
Література ………………………………………………………………….. |
88 |
ВСТУП
Значення і зміст дисципліни. Надійність та економічність будівництва споруд залежить значною мірою від правильного вибору та розрахунку будівельних конструкцій, в тому числі основ і фундаментів. Надійність основ і фундаментів та здешевлення робіт по їх влаштуванню, в свою чергу, залежить від вміння правильно оцінювати інженерно-геологічні умови будівельних майданчиків, властивості грунтів основ і сумісну роботу цих грунтів з фундаментами та надземними конструкціями будівлі, від раціональності вибраних типів основ і фундаментів і розмірів останніх, від якості виконання робіт.
Як відомо, кошторисна вартість зведення підземних частин будівель і споруд для звичайних грунтових умов становить від 10 до 25% кошторисної вартості споруди. У складних інженерно-геологічних умовах частка нульового циклу досягає 40-45% кошторисної вартості всієї споруди.
Згідно з світовою статистикою 80% аварій будівель і споруд відбувається через різні недоліки й помилки при проектуванні, будівництві та експлуатації основ і фундаментів. Витрати на усунення цих аварій, як правило, набагато більші за початкову вартість будівництва.
Завдання, які стоять перед сучасним фундаментобудуванням: з одного боку – зниження вартості та матеріаломісткості основ і фундаментів, а з другого - підвищення їх надійності.
Теорія і практика поставлених завдань розглядається в курсі “Механіка грунтів основи і фундаменти”, який складається з трьох розділів природа і фізичні властивості грунтів; механіка грунтів основи і фундаменти.
В розділі природа і фізичні властивості грунтів розглядаються інженерно-геологічні дослідження, фізичні і механічні властивості дисперсних середовищ, а також фізико-механічні процеси взаємодії твердої, рідкої і газоподібної складових грунту. Розділ механіка грунтів вивчає напружено - деформівний стан, міцність і стійкість грунтів. Механіка грунтів є теоретичною базою для проведення розрахунків грунтових основ. В розділі основи і фундаменти розглядаються розрахунки, проектування та будівництво фундаментів як частини споруди.
Курс “Механіка грунтів основи і фундаменти” для інженера-будівельника є профілюючим. Він поряд з курсами “Будівельна механіка”, “Архітектура будівель і споруд”, “Інженерні конструкції”, “Будівельні вироби і матеріали” дозволить майбутньому інженеру-будівельнику, після вивчення матеріалу, викладеного в даному конспекті, правильно оцінити інженерно-геологічні умови будівельного майданчика, проектувати основи і фундаменти і виконувати роботи по їх влаштуванню.
Основні визначення. Грунти - це гірські породи та техногенні утворення, які є об’єктом інженерно-господарської діяльності людини і можуть слугувати основами, середовищем і матеріалами для різних будівель і споруд.
Основи - це шари грунтів, що сприймають навантаження від фундаментів будівель і споруд. Розрізняють природні та штучні основи. Природна основа має місце в тому випадку, коли її не потрібно поліпшувати. Штучна основа - якщо грунт в природному стані непридатний для сприйняття діючого навантаження і необхідне його поліпшення.
Ф
ундамент
- підземна або підводна частина будівлі
чи споруди, що передає навантаження на
основу. Надземні конструкції 1
(рис.1) опираються на верхню площину
фундаменту 2, яка називається обрізом.
Нижню площину фундаменту 3 називають
підошвою. 4 – несучий шар
грунту, 5 – підстилаючий шар.
Глибина закладення фундаменту
-
це відстань по вертикалі між поверхнею
грунту і підошвою фундаменту.
За конструктивними і технологічними особливостями влаштування фундаменти бувають: мілкого закладення - передають навантаження на основу через свою підошву і споруджуються у відкритих котлованах з попереднім вийманням грунту; пальові фундаменти - опираються на відносно довгі вертикальні або малопохилі стержні - палі; глибокого закладення - занурюються в грунт з одночасним вийманням грунту з під них (опускні колодязі, кесони, стіна в грунті). Всі ці типи фундаментів можуть бути стрічковими, стовпчатими, плитними.
Стрічкові фундаменти приймаються під безперервні стіни; стовпчаті фундаменти - під колони та стіни (в комбінації з балками); масивні фундаменти влаштовуються у вигляді жорсткого масиву під всією спорудою; плитні фундаменти - у вигляді суцільних, як правило, залізобетонних плит під всією спорудою.