2 Оценка инженерно-геологических условий площадки строительства

2.1 Определение физико-механических характеристик грунтов

Исходный материал для проектирования фундаментов - данные инженерно-геологических условий строительной площадки и физико-механиче­ские характеристики грунтов, используемых в качестве оснований данные в табл. 1.1. Характеристики грунтов необходимо вычислять для каждого слоя отдельно, согласно их порядку залегания.

Скважина №1 – 2-й слой – Глубина отбора грунта 2м

Поскольку пределы пластичности не определены, то грунт песчаный.

Определяем наименование грунта и его физико-механические свойства, если W = 16%; ρ_S = 2,66 т/м³; ρ = 1,70 т/м³ (табл. 1.1).

Таблица 2.1 Гранулометрический состав песчаного грунта

Наименование показателей	Размеры фракций грунта, мм
	> 2	2 – 0,5	0,5 – 0,25	0,25 – 0,1	< 0,1
Содержание фракций, %	5	20	15	45	15
Содержание частиц крупнее данного диаметра, %	5	25	40	85	100

Согласно табл. Б.1 [1], песок, по первому удовлетворяющему показателю по гранулометрическому составу (размер частиц грунта > 0,1 мм, масса частиц грунта от массы воздушно-сухого грунта 85% >75% (табл. 2.1)) классифицируется как мелкий.

Плотность грунта в сухом состоянии:

, (2.1)

где ρ – плотность грунта, т/м³ (принимаем по табл. 1.1);

W – природная влажность, % (принимаем по табл. 1.1);

.

Коэффициент пористости грунта:

, (2.2)

где ρ_S – плотность частиц грунта, т/м³ (принимаем по табл. 1.1);

Так как e=0,81 > 0,75, то, согласно табл. Б.3[1] устанавливаем, что песок рыхлый.

Степень влажности:

(2.3)

где ρ_w - плотность воды (принимаем ρ_w =1);

Так как 0,5 < S_r=0,53 ≤ 0,8, то, согласно табл. Б.4[1] устанавливаем, что песок влажный.

Вывод: исследуемый грунт – песок мелкий, рыхлый, влажный. Не пригоден для использования его в качестве несущего основания без проведения дополнительных мероприятий по его уплотнению, следовательно, с, φ, Е, R₀ не нормируются.

Скважина №1 – 3-й слой

Поскольку пределы пластичности не определены, то грунт песчаный.

Определяем наименование грунта и его физико-механические свойства, если W = 20%; ρ_S = 2,65 т/м³; ρ = 1,99 т/м³ (табл. 1.1). Глубина отбора грунта 5м.

Таблица 2.2 Гранулометрический состав песчаного грунта

Наименование показателей	Размеры фракций грунта, мм
	> 2	2 – 0,5	0,5 – 0,25	0,25 – 0,1	< 0,1
Содержание фракций, %	20	34	16	15	15
Содержание частиц крупнее данного диаметра, %	20	54	70	85	100

Согласно табл. Б.1 [1], песок, по первому удовлетворяющему показателю по гранулометрическому составу (размер частиц грунта > 0,5 мм, масса частиц грунта от массы воздушно-сухого грунта 54% >50% (табл. 2.2)) классифицируется как крупный.

По формуле (2.1) определяем плотность грунта в сухом состоянии:

По формуле (2.2) определяем коэффициент пористости грунта:

.

Так как 0,55 ≤ e=0,6 ≤ 0,7, то, согласно табл. Б.3[1] устанавливаем, что песок средней плотности.

По формуле (2.3) определяем степень влажности:

Так как 0,8 < S_r=0,88 ≤ 1,0, то, согласно табл. Б.4[1] устанавливаем, что песок

насыщенный водой.

_{Определяем механические характеристики грунта:}

Удельное сцепление: с = 1 кПа (согласно табл. Б.8 [1]).

Угол внутреннего трения: φ = 39° (согласно по табл. Б.8 [1]).

Модуль деформации: Е = 35 МПа (согласно по табл. Б.8 [1]).

Расчётное сопротивление: R₀ = 500 кПа (согласно по табл. Б.10 [1]).

Вывод: исследуемый грунт – песок крупный, средней плотности, насыщенный водой, для которого с= 1 кПа, φ = 39°, Е = 35 МПа, R₀ = 500 кПа.

Скважина №2 – 4-й слой – Глубина отбора грунта 9м

Поскольку пределы пластичности не определены, то грунт песчаный.

Определяем наименование грунта и его физико-механические свойства, если W = 22%; ρ_S = 2,66 т/м³; ρ = 2,0 т/м³ (табл. 1.1).

Таблица 2.3 Гранулометрический состав песчаного грунта

Наименование показателей	Размеры фракций грунта, мм
	> 2	2 – 0,5	0,5 – 0,25	0,25 – 0,1	< 0,1
Содержание фракций, %	20	20	20	20	20
Содержание частиц крупнее данного диаметра, %	20	40	60	80	100

Согласно табл. Б.1 [1], песок, по первому удовлетворяющему показателю по гранулометрическому составу (размер частиц грунта > 0,25 мм, масса частиц грунта от массы воздушно-сухого грунта 60% >50% (табл. 2.3)) классифицируется как песок средней крупности.

По формуле (2.1) определяем плотность грунта в сухом состоянии:

По формуле (2.2) определяем коэффициент пористости грунта:

.

Так как 0,55 ≤ e=0,62 ≤ 0,7, то, согласно табл. Б.3[1] устанавливаем, что песок средней плотности.

По формуле (2.3) определяем степень влажности:

Так как 0,8 < S_r=0,94 ≤ 1,0, то, согласно табл. Б.4[1] устанавливаем, что песок насыщенный водой.

_{Определяем механические характеристики грунта:}

Удельное сцепление: с = 1,3 кПа (согласно табл. Б.8 [1]).

Угол внутреннего трения: φ = 35,9° (согласно по табл. Б.8 [1]).

Модуль деформации: Е = 28 МПа (согласно по табл. Б.8 [1]).

Расчётное сопротивление: R₀ = 400 кПа (согласно по табл. Б.10 [1]).

Вывод: исследуемый грунт – песок средней крупности, средней плотности, насыщенный водой, для которого с= 1,3 кПа, φ = 35,9°, Е = 28 МПа, R₀ = 400 кПа.

Скважина №2 – 5-й слой – Глубина отбора грунта 13м.

Так как W_L и W_P заданы, то грунт является пылевато-глинистым.

Определяем наименование грунта и его физико-механические свойства, если W = 31%; W_L = 45%; W_P = 29%; ρ_S = 2,71 т/м³; ρ = 2,0 т/м³ (табл. 1.1).

Наименование глинистых грунтов определяем по числу пла­стичности:

(2.4)

где W_L – влажность на границе текучести (принимаем по табл. 1.1);

W_P – влажность на границе раскатывания (принимаем по табл.1.1);

Так как 7 <J_P=16 ≤ 17, то, согласно табл. Б.2 [1], данный пылевато-глинистый грунт является суглинком.

По показа­телю текучести определяем состояние суглинка:

(2.5)

где W – влажность грунта в естественном состоянии (принимаем по табл.1.1);

Так как 0 ≤ J_L=0,125 ≤ 0,25, то, согласно табл. Б.5 [1], суглинок полутвердый.

По формуле (2.1) определяем плотность грунта в сухом состоянии:

По формуле (2.2) определяем коэффициент пористости грунта:

По формуле (2.3) определяем степень влажности:

Для пылевато-глинистых грунтов степень влажности не определяется.

_{Определяем механические характеристики грунта:}

Удельное сцепление: с = 24,4 кПа (согласно табл. Б.9 [1]).

Угол внутреннего трения: φ = 22,8° (согласно по табл. Б.9 [1]).

Модуль деформации: Е = 16,4 МПа (согласно по табл. Б.9 [1]).

Расчётное сопротивление: R₀ = 290,8 кПа (согласно по табл. Б.11 [1]).

Вывод: исследуемый грунт – суглинок полутвердый, для которого с = 24,4 кПа, φ = 22,8°, Е = 16,4 МПа, R₀ = 290,8 кПа.

Результаты расчёта сведём в таблицу 2.4.

Таблица 2.4 Сводная таблица физико-механических характеристик грунтов

№ слоя	Наименование грунта	Мощность слоя, м	, т м3	s, т м3	d, т м3	W, %	WL, %	WР, %	JР, %	JL	e	Sr	CI, кПа	I, град	Ro, кПа	E0, МПа
			, кН м3	s, кН м3	d, кН м3								CII, кПа	II, град
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17
1	Растительный слой	0,2	1,46	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–
			14,6
2	Песок мелкий, рыхлый, влажный	3,3	1,70	2,66	1,47	16	–	–	–	–	0,81	0,53	–	–	–	–
			17,0	26,6	14,7
3	Песок крупный, средней плотности, насыщенный водой	2,0	1,99	2,65	1,66	20	–	–	–	–	0,6	0,88	1	39	500	35
			19,9	26,5	16,6								0,67	35,45
4	Песок средней крупности, средней плотности, насыщенный водой	2,5	2,00	2,66	1,64	22	–	–	–	–	0,62	0,94	1,3	35,9	400	28
			20,0	26,6	16,4								0,87	32,64
5	Суглинок, полутвердый	5,0	2,00	2,71	1,53	31	45	29	16	0,125	0,77	1,09	24,4	22,8	290,8	16,4
			20,0	27,1	15,3								16,27	19,83

2.2 Инженерно-геологический разрез

3 Вариантное проектирование

3.1 Расчет фундаментов мелкого заложения на естественном основании

3.1.1 Определение глубины заложения фундаментов

Глубина заложения фундамента устанавливается с учетом:

• инженерно-геологических условий площадки строительства;

• необходимости исключения возможности промерзания пучинистого грунта под подошвой фундаментов;

• конструктивных особенностей возводимого здания.

Глубина заложения фундамента выбирается с учетом сезонной глубины промерзания грунтов, уровня грунтовых вод, наличия (отсутствия) подвальных помещений.

Нормативную глубину сезонного промерзания определим по карте нормативных глубин промерзаний грунтов (см. рис. В.1 [1]). Для города Смоленск путем интерполирования получим м.

Расчетная глубина сезонного промерзания грунта определяется по формуле:

(3.1)

_{Т.к. сечения проходят по внутренним} стенам не нормируется и данный расчет не производится.

Так как первый слой (песок мелкий) не несущий, то в качестве основания фундаментов целесообразно использовать второй слой – песок крупный. Поскольку фундамент должен заглубляется в несущий слой не менее 20 см, на участке без подвала d = 3,75 + 0,2 = 3,95 м от планировочной отметки.

На участке с подвалом принимаем глубину заложения d_мин = 2,00 + 0,4=2,4 м >1,12 м <3,95 м от планировочной отметки.

На участке без подвала d = 1,12 м < 3,95 м.

Окончательно принимаем глубину заложения фундамента под всем зданием d = 3,95 м.