6044
.pdfЕ.О. Сучкова
Специальные вопросы проектирования оснований и фундаментов
Часть 1
Учебное пособие
Министерство образования и науки Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
Е.О.Сучкова
Специальные вопросы проектирования оснований и фундаментов
Часть 1
Утверждено редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия
Нижний Новгород ННГАСУ 2010
УДК 624.1(075) ББК 38.58я73 С91
Рецензенты:
Куликов В.П.-доц. каф.ВПиГС, зам.декана кораблестроительного факультета Волжской государственной академии водного транспорта.
Боброва Ю.Н.- специалист по сопровождению проектов ЗАО «Социнтех-Инстал».
Сучкова Е.О. Специальные вопросы проектирования оснований и фундаментов [Текст]: учебное пособие/ Е.О.Сучкова; Нижегород. гос. архит.-строит. ун-т.- Н.Новгород: ННГАСУ, 2010.-69 с.
ISBN
Пособие разработано для практического использования при изучении теоретического 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 специальности 270102.65 «Промышленное и гражданское строительство».
© Сучкова.Е.О., 2010 © ННГАСУ, 2010
3
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 |
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,
|
γi = ρi |
× g , кН/м3 , |
(1.1) |
|
где g=9,81 – ускорение свободного падения |
|
|||
3. Среднее арифметическое значение удельного веса грунта |
|
|||
|
|
|
n |
|
|
γ |
= 1 × ∑γi , кН/м3 . |
(1.2) |
|
|
|
n |
i=1 |
|
5
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 = γn / kg , 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: |
|
||||||
|
|
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. |
6
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) |
|
1 |
− ρ |
||||||
|
|
|
|
||||
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 |
ρ |
γi |
γ − γ i |
(γ − γ |
i |
)2 |
|
i |
|
|
|
|
|
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:
γi = ρi × g = ρi × 9,8, кН/м3,
∑γi = 122,196, кН/м3.
3.Среднее арифметическое значение удельного веса грунта:
γ= 18 ×122,196 = 15,27, кН/м3,
7
∑(γ − γi )2 = 1,02 , кН/м3 .
4.Смещенная оценка среднего квадратичного отклонения характеристики:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
σсм = |
1 |
*1,02 = 0,357 |
, кН/м3. |
|||||||||||||||
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 = 
81−1×1,02 = 0,382 , кН/м3.
6.2. Коэффициент вариации характеристики:
ν = 150,382,27 = 0,025.
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 |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
при |
α = 0,95 |
ρ = |
1,9* |
0,025 |
= 0,0168. |
||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
|||||
6.4. Коэффициент безопасности по грунту: |
|
||||||||||||
|
α = 0,85 |
|
1 |
|
|
|
|
||||||
при |
kg = |
|
|
|
= 1,0099; |
||||||||
1− 0,0099 |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
α = 0,95 |
1 |
|
|||
при |
|
|
kg = |
|
= 1,017. |
|||||
1− 0,0168 |
||||||||||
6.5. Расчетное значение удельного веса грунта по II группе предельных |
||||||||||
состояний: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
γ |
|
= |
|
|
15,27 |
= 15,12, кН/м3. |
|
|||
II |
1,0099 |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||
Расчетное значение удельного веса грунта по I группе предельных состояний: |
||||||||||
γ |
|
= |
|
15,27 |
= 15,01, кН/м3. |
|
||||
I |
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: dудельное сцепление, с кПа ;
dугол внутреннего трения, φ ° ; dмодуль деформации грунтов, Е МПа.
Нормативные значения характеристик: dнормативное удельное сцепление, сn кПа ; dнормативный 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 внутреннего трения φn и модуля деформации Е.
Алгоритм решения 1. Плотность сухого грунта:
|
|
|
|
9 |
|
|
ρd |
= |
|
|
ρ |
, г/см3, |
|
1 |
+ 0,01W |
|||||
|
|
|
||||
где ρ – плотность грунта, г/см3; W – природная влажность, % .
2. Коэффициент пористости:
е = |
ρS |
−1, д.е, |
|
ρd |
|
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:
JL = W −Wp , % ,
WL −Wp
(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 частиц ρS = 2,68 г/см3; влажность W = 14%; влажность на границе раскатывания Wр = 12%; влажность на границе текучести WL = 17%.