5775
.pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего образования «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
Е.О. Сучкова
Специальные вопросы проектирования оснований и фундаментов
часть 1
Учебно-методическое пособие для практических, лекционных занятий и самостоятельной работы
для обучающихся по дисциплине Б1.В.ДВ.1.4 Современные конструкции фундаментов (прикладная магистратура очно)
направлению подготовки 08.04.01 Строительство профиль Теория и проектирование зданий и сооружений
Нижний Новгород
2016
УДК 624.15(075.8)
Сучкова.Е.О./ Специальные вопросы проектирования оснований и фундаментов часть 1[Электронный ресурс]: учеб.-метод. пос. / Е.О.Сучкова; Нижегор. гос. архитектур.-строит. ун-т. -Н.Новгород: ННГАСУ, 2016. - 84с.– 1 электрон. опт.
диск (CD-RW)
Пособие разработано для практического использования при изучении теоретического и практического курса по специальным вопросам проектирования оснований и фундаментов. Пособие включает девять задач, по каждой из которых разработаны всевозможные варианты заданий. В пособии рассматриваются нормативные и расчетные характеристики грунтов, прилагаются расчеты глубины промерзания и пучения грунтовых оснований.
Предназначено для студентов обучающихся по дисциплине Б1.В.ДВ.1.4 Современные конструкции фундаментов (прикладная магистратура очно) направлению подготовки 08.04.01 Строительство профиль Теория и проектирование зданий и сооружений
©Е.О. Сучкова, 2016
©ННГАСУ, 201
Министерство образования и науки Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего образования «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
КАФЕДРА ОСНОВАНИЙ, ФУНДАМЕНТОВ И ИНЖЕНЕРНОЙ ГЕОЛОГИИ
Е.О. Сучкова
Специальные вопросы проектирования оснований и фундаментов
часть 1
Учебно-методическое пособие
для практических, лекционных занятий и самостоятельной работы
для обучающихся по дисциплине Б1.В.ДВ.1.4 Современные конструкции фундаментов (прикладная магистратура очно)
направлению подготовки 08.04.01 Строительство профиль Теория и проектирование зданий и сооружений
Нижний Новгород ННГАСУ
2016
4
Содержание
Определение нормативного и расчетного значения удельного веса |
4 |
грунта |
|
Задача 1 |
4 |
Определение нормативных значений прочностных и деформацион- |
8 |
ных характеристик |
|
Задача 2 |
8 |
Определение расчетных значений прочностных характеристик |
10 |
Задача 3 |
10 |
Определение глубины промерзания для однородной толщи грунтов |
17 |
Задача 4 |
17 |
Определение глубины промерзания для неоднородной толщи 19 грунтов
Задача 5 |
19 |
Оценка степени морозоопасности глинистых пучинистых грунтов |
21 |
Задача 6 |
21 |
Оценка степени морозоопасности песчаных грунтов |
23 |
Задача 7 |
23 |
Расчет фундаментов на устойчивость при действии сил морозного |
25 |
пучения при d>df |
|
Задача 8 |
26 |
Расчет фундаментов на устойчивость при действии сил морозного |
29 |
пучения при d<df |
|
Задача 9 |
31 |
Варианты заданий |
36 |
Приложения |
48 |
Рекомендуемая литература |
68 |
5
4
ОПРЕДЕЛЕНИЕ НОРМАТИВНОГО И РАСЧЕТНОГО ЗНАЧЕНИЯ
УДЕЛЬНОГО ВЕСА ГРУНТА
Выполняется в соответствии с ГОСТ 20522-75 «Грунты. Метод статистической обработки характеристик».
В отчетах об инженерно-геологических изысканиях можно найти такие характеристики, как:
1)ρ – плотность грунта, г/см3– определяется в лабораторных условиях методом режущего кольца или парафинированием;
2)γ – среднее значение удельного веса грунта, кН/м3;
3)γn – нормативное значение удельного веса грунта, кН/м3;
4)γII – расчетный удельный вес по II группе предельных состояний (по деформациям), кН/м3;
5)γI – расчетный удельный вес по I группе предельных состояний (по несущей способности), кН/м3;
Задача 1
Определено n значений плотности грунта, слагающих инженерногеологический элемент. Определить нормативное и расчетное значения удельного веса грунта.
Алгоритм решения
1.Предварительные расчеты сводим в табл. 1.1.
2.Отдельное значение удельного веса грунта,
γ |
i |
= ρ× g , кН/м3 |
, |
(1.1) |
|
i |
|
|
6
где g=9,81 – ускорение свободного падения
3. Среднее арифметическое значение удельного веса грунта
|
|
1 |
n |
|
|
γ |
= |
× ∑ γi , кН/м3 . |
(1.2) |
||
n |
|||||
|
|
i=1 |
|
4. Делаем проверку на исключение грубых ошибок. Исключению подлежат max и min значения γi , для которых не выполняется условие:
|
/γ − γi / < ν* σсм , |
|
(1.3) |
|||
где ν – |
статистический критерий, величина которого зависит от количества |
|||||
определения n (по табл. 1). |
|
|
|
|
||
σсм – |
смещенная оценка среднего квадратичного отклонения характеристики. |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
n |
|
|
|
σсм = |
* ∑(γ −γi )2 |
, кН/м3 . |
(1.4) |
||
|
n |
|||||
|
|
|
i=1 |
|
|
|
Если проверка выполняется, то ни одно из опытных значений не следует исключать как грубую ошибку. Если проверка не выполняется, то значение исключается и производится пересчет.
5. |
Нормативное значение удельного веса: |
|
|
γn = γ , кН/м3 . |
|
(1.5) |
|
|
6. |
Расчетные значения удельного веса определяются по формуле: |
|
|
γ = γ n / k g , кН/м3 , |
(1.6) |
где kg – коэффициент безопасности по грунту. |
|
|
6.1. Среднее квадратичное отклонение характеристики:
|
1 |
|
n |
|
|
|
σγ = |
|
|
× ∑ (γn |
− γi )2 , кН/м3. |
(1.7) |
|
n −1 |
||||||
|
i=1 |
|
|
|||
6.2. Коэффициент вариации характеристики:
7 |
|
ν = σγ/γn . |
(1.8) |
6.3. Для определения показателя точности оценки среднего |
значения |
характеристики грунта определяем коэффициент tα (по табл. 2 в зависимости от
числа степеней свободы n–1 и односторонней вероятности |
α, т.е. tα =ƒ[( n–1); α]). |
Для определения расчетного значения удельного веса грунта γII по II группе |
|
предельных состояний (расчет по деформациям) принимаем |
α = 0.85. |
Для определения расчетного значения удельного веса грунта γI по I группе предельных состояний (расчет по несущей способности) принимаем α = 0.95.
Показатель точности оценки удельного веса грунта: |
|
|||||||
ρ = |
tα* ν |
. |
(1.9) |
|||||
|
|
|
||||||
n |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||
6.4. Коэффициент безопасности по грунту: |
|
|||||||
kg = |
|
|
1 |
|
. |
(1.10) |
||
|
|
|
||||||
|
− ρ |
|||||||
1 |
|
|
|
|||||
6.5. Расчетное значение удельного веса грунта определяем по формуле (1.6).
Пример решения задачи (вариант 30)
1. Составляем табл. 1.1.
Таблица 1.1
№ п/п |
ρi |
γ i |
γ − γ i |
(γ − γi )2 |
1 |
1.5 |
14.7 |
0.57 |
0.325 |
|
|
|
|
|
2 |
1.52 |
14.896 |
0.374 |
0.139 |
|
|
|
|
|
3 |
1.58 |
15.48 |
–0.21 |
0.044 |
|
|
|
|
|
4 |
1.6 |
15.68 |
–0.41 |
0.168 |
|
|
|
|
|
5 |
1.53 |
14.99 |
0.28 |
0.078 |
|
|
|
|
|
6 |
1.55 |
15.19 |
0.08 |
0.0064 |
|
|
|
|
|
7 |
1.59 |
15.58 |
–0.31 |
0.096 |
|
|
|
|
|
8 |
1.6 |
15.68 |
–0.41 |
0.168 |
|
|
|
|
|
2. Отдельные значения удельного веса грунта:
8
γi = ρi × g = ρi × 9,8, кН/м3,
∑ γi = 122,196 , кН/м3.
3.Среднее арифметическое значение удельного веса грунта:
γ= 1 ×122,196 = 15,27 , кН/м3,
8
∑(γ − γi )2 = 1,02 , кН/м3 .
4.Смещенная оценка среднего квадратичного отклонения характеристики:
σ = |
|
1 |
*1,02 = 0,357 |
, кН/м3. |
|||||||||||||
|
|||||||||||||||||
см |
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Статистический критерий: ν = 2.27 |
|||||||||||||||||
σсм × |
ν = 0.81, |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
max отклонение |
|
γ − γi |
|
|
= 0.57 < 0.81 |
||||||||||||
|
|
||||||||||||||||
min отклонение |
|
γ − γi |
|
|
= 0.08 < 0.81 |
||||||||||||
|
|
||||||||||||||||
Т.к. условие |
|
γ − γi |
|
|
< σсм × ν выполняется, ни одно из значений не исклю- |
||||||||||||
|
|
||||||||||||||||
чается как грубая ошибка. |
|
||||||||||||||||
5.Нормативное значение удельного веса:
γn = 15.27, кН/м3.
6.Определяем расчетное значение удельного веса:
6.1. Среднее квадратичное отклонение характеристики:
σγ = |
|
1 |
|
×1,02 |
= 0,382 , кН/м3. |
|
− 1 |
||||
8 |
|
|
|||
6.2. Коэффициент вариации характеристики:
ν= 0,382 = 0,025 . 15,27
6.3. При α = 0.85 tα=1.12 ; при α = 0.95 tα=1.9.
Тогда показатель точности оценки удельного веса грунта:
при α= 0,85 |
ρ= |
1,12 * |
|
0,025 |
= 0,0099 , |
|
|
|
|||
|
|||||
|
8 |
|
|
||
|
9 |
|
|||
при α= 0,95 |
ρ= |
1,9 * |
0,025 |
= 0,0168 . |
|
|
|
|
|||
|
8 |
|
|
||
6.4. Коэффициент безопасности по грунту:
при |
α= 0,85 |
kg |
= |
|
|
|
1 |
|
= 1,0099 ; |
|
|
− 0,0099 |
|||||||
|
|
|
1 |
|
|||||
при |
α= 0,95 |
kg |
= |
|
|
|
1 |
|
= 1,017 . |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
− 0,0168 |
||||||
|
|
|
1 |
|
|||||
6.5. Расчетное значение удельного веса грунта по II группе предельных состояний:
γII = 15,27 = 15,12 , кН/м3. 1,0099
Расчетное значение удельного веса грунта по I группе предельных состояний:
γI = 15,27 = 15,01, кН/м3. 1,017
ОПРЕДЕЛЕНИЕ НОРМАТИВНЫХ ЗНАЧЕНИЙ ПРОЧНОСТНЫХ И ДЕФОРМАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
Основными параметрами механических свойств грунтов, определяющими несущую способность оснований и их деформаций, являются прочностные и деформационные характеристики грунтов.
Частные значения характеристик:
удельное сцепление, с кПа ;
угол внутреннего трения, φ ° ;
модуль деформации грунтов, Е МПа.
Нормативные значения характеристик:
нормативное удельное сцепление, сn кПа ;
нормативный угол внутреннего трения, φn °.
Задача 2
По характеристикам основных физических свойств грунтов определить по таблицам СНиП 2.02.01-83* нормативные значения удельного сцепления сn, угла
10
внутреннего трения φn и модуля деформации Е.
Алгоритм решения 1. Плотность сухого грунта:
|
ρ = |
|
|
ρ |
|
, г/см3, |
|
|
|
|
|
||
|
d |
1 + 0,01W |
||||
|
|
|||||
где ρ – плотность грунта, г/см3; |
|
|
|
|
|
|
W – |
природная влажность, % . |
|
|
|
|
|
2. Коэффициент пористости: |
|
|
|
|
|
|
|
е = |
ρS |
− 1, |
д.е, |
||
|
|
|||||
|
|
ρ |
|
|
||
|
|
|
d |
|
|
|
где ρS – |
плотность частиц, г/см3. |
|
|
|
|
|
3. Число пластичности: |
|
|
|
|
|
|
|
Jp = WL – Wp , % , |
|||||
где WL – |
влажность на границе текучести, % ; |
|||||
Wp – |
влажность на границе раскатывания, % . |
|||||
По числу пластичности определяем тип грунта (табл. 3). 4. Показатель текучести:
J |
|
= |
W − W p |
, % , |
|
L |
|
||||
|
WL |
− W p |
|
||
|
|
|
|||
(2.1)
(2.2)
(2.3)
(2.4)
|
По показателю текучести определяем консистенцию грунта (табл. 4). |
|
5. |
Удельное сцепление определяем по табл. 5 |
cn=ƒ ( тип грунта, JL, е). |
6. |
Угол внутреннего трения определяем по табл. 5 φn=ƒ ( тип грунта, JL, е). |
|
7. Модуль деформации определяем по табл. 6 |
Е=ƒ ( происхождение грунтов, тип |
|
грунтов, JL, е). |
|
|
Пример решения задачи (вариант 30)
В результате лабораторных исследований определены характеристики основных физических свойств пылевато-глинистого грунта четвертичных, аллювиальных не лессовых отложений: плотность ρ = 1,97 г/см3; плотность