Пособие_по_практическим_занятиям_2023v3

Министерство образования Республики Беларусь

Полоцкий государственный университет

Кафедра строительных конструкций

Учебное пособие

для практических работ по дисциплине «Механика грунтов, основания и фундаменты»

для студентов специальности 70 02 01 «Промышленное и гражданское строительство»

Новополоцк, 2023

Введение

Данное пособие предназначено для выполнения практических занятий по дисциплине «Механика грунтов, основания и фундаменты» студентами очной формы обучения по специальностям 70 02 01 «Промышленное и гражданское строительство» и 70 02 02 «Управление недвижимостью».

Цель практических занятий - закрепить теоретические знания по дисциплине «Механика грунтов, основания и фундаменты», выработать практические навыки самостоятельной работы, умение пользоваться справочной и нормативной литературой.

Студенты специальности 70 02 01 «Промышленное и гражданское строительство» и 70 02 02 «Управление недвижимостью» в курсовой работе должны решить 10 задач:

1 задача. Определение расчетных значений характеристик физического состояния грунта; 2 задача. Анализ результатов гранулометрического состава песчаных грунтов; 3 задача. Классификация грунтов по СТБ 943-2007;

4 задача. Определение нормативных и расчетных значение прочностных и деформационных характеристик грунтов по данным зондирования; 5 задача. Построение инженерно-геологического разреза;

6 задача. Определение глубины заложения и подбор размеров подошвы фундаментов по расчетному сопротивлению; 7 задача. Определение осадки фундамента методом послойного суммирования;

8 задача. Определение несущей способности сваи табличным методом; 9 задача. Определение несущей способности сваи по данным динамического зондирования. 10 задача. Определение осадки свайного фундамента.

При решении задач в обязательном порядке понадобится следующая учебная и нормативная литература:

1.Далматов Б.И. Механика грунтов, основания и фундаменты. - Л., 1988.

2.СТБ 943-2007. Грунты. Классификация. - Минск, 2006.

3.3. СП 5.01.01 -2023 Основания и фундаменты зданий и сооружений. Основные положения. – Минск,

2023г.

4.СП 5.01.03-2023 Свайные фундаменты. Правила проектирования и устройства. – Минск, 2022.

5.ТКП 45-5.01-67-2007 (02250) Фундаменты плитные. Правила проектирования. – Минск, 2008

6.ТКП 45-5.01-17-2006 (02250) Прочностные и деформационные характеристики грунтов по данным динамического зондирования. – Минск, 2006.

Решение задач необходимо начинать с изучением теоретического материала по учебнику /1/. В пояснении к каждой задаче указываются разделы учебника, требующие тщательного изучения. Не пытайтесь решить задачи без изучения соответствующей теории.

Исходные данные для выполнения практических занятий принимаются по номерам варианта по Приложению 1 данного пособия. Часть исходных данных берется из предыдущих задач.

Задачи должны иметь соответствующие расчетные схемы и чертежи. Схемы выполняются на миллиметровой бумаге или на белых листах в масштабе. Если студент обладает соответствующими навыками допускается чертежи выполнять при помощи ЭВМ в среде ACAD. Один чертеж или схема размещаются на одном листе форматов А3 или А4 в масштабе.

Задача №1. Определение расчетных характеристик физического состояния грунтов

Предварительно изучить раздел 1.2. учебника /1/.

Расчетные характеристики служат для оценки физического состояния и определения типа, вида и разновидности грунтов согласно СТБ 943-2007.

- коэффициент пористости грунта природного сложения и влажности – е:

e = ρs - ρd

ρd

-степень влажности ( коэффициент водонасыщенности) определяется по формуле:

где rw -плотность воды, принимаемая равной 1 г/см3

Для пылевато-глинистых грунтов дополнительно определяется число пластичности и показатель текучести.

Число пластичности определяется по формуле:

Ip = WL - Wp ,

где WL - влажность на границе текучести; Wp – влажность на границе раскатывания;

Показатель текучести определяется по формуле:

I L = (W − Wp ) I p

Исходные данные:

ρ- плотность грунта в естественном состоянии; w - влажность грунта;

ρs - плотность твердых частиц;

wL - влажность на границе текучести;

wp - влажность на границе раскатывания,

принимаются в соответствии с заданием по табл. П 1.1. (приложения 1 пособия). Расчеты выполняются для каждого слоя.

Результаты расчета сводятся в таблицу, форма по которой приведена ниже (таблица 4).

Пример № 1

Для исходных данных, приведенных в таблице 1, определить основные физико-механические характеристики грунтов.

Таблица 1

Для оценки физического состояния и определения типа, вида и разновидности грунта определяются следующие характеристики грунта:

1. Плотность сухого грунта (скелета грунта) ρd:

где ρ - плотность грунта, г/см3;

W - природная влажность грунта в долях единицы;

2. Коэффициент пористости грунта природного сложения и влажности (е):

где ρw – плотность воды, принимаемая 1 г/см3.

Для пылевато-глинистых грунтов дополнительно определяем число пластичности и показатель текучести (для второго и третьего слоя):

4. Число пластичности:

Для второго слоя: I p = WL -WP = 0.27 - 0.14 = 0.13 = 13%

Для третьего слоя: I p = WL -WP = 0.25 - 0.13 = 0.12 = 12%

где WL - влажность на границе текучести;

WP – влажность на границе раскатывания, 5. Показатель текучести:

Результаты расчета сводим в таблицу 4.

Задача №2. Анализ грансостава грунта

Предварительно изучить раздел 1.1.3. учебника /1/.

В задании к практическим занятиям (табл.П.1.1) один из слоев грунта песчаный (отсутствуют значения WL ,W p ). Для данного слоя проводят анализ гранулометрического состава грунта. Исходные

данные принимаются по табл.П.1.2 в соответствие с заданием.

Вданной задаче необходимо определить вид обломочно-песчаных грунтов по СТБ 943-2007:

∙по грансоставу;

∙по показателю максимальной неоднородности U max :

U max = d 50 d95 d5

d50 – диаметр частиц меньше которых в грунте 50%;

d95 - диаметр частиц меньше которых в грунте 95%;

d5 - диаметр частиц меньше которых в грунте 5%.

Величины d50, d95, d5 – находятся по кривой неоднородности грунта, построенной в полулогарифметических координатах, рис.1.

Пример № 2.

Даны результаты ситового анализа гранулометрического состава песка:

Таблица 2

Содержание фракций (%), диаметром d. Мм

Необходимо по СТБ94393 определить вид песка по гранулометрическому составу и по показателю максимальной неоднородности Umax.

Анализ гранулометрического состава песка удобнее проводить в табличной форме:

Примечание: в графе 20 указано содержание частиц >10мм, в графе 0,05мм указано содержание частиц <0.1мм

Анализ проводим по строке 2 таблицы 3 начиная с фракций, имеющих наибольший диаметр. Так как масса частиц крупнее 0,25мм более 50% (76.5%) данный песок по разновидности относится к пескам средним (табл.5.2. СТБ 943-2007) .

Для определения максимальной неоднородности по данным строки 3 строится кривая однородности грунта, рис.1.

Umax=d50*d95/d5=64,7 >40 – песок повышенной неоднородности.

Вывод: данный грунт – песок средний повышенной неоднородности.

Задача №3. Определение типа и разновидности грунтов по СТБ 943-2007 «Классификация грунтов»

Классификация обломочных пылевато-глинистых грунтов (в задание это те грунты у которых приведены значения WL ,W p ) производится по типу и разновидности:

∙тип грунта определяется по числу пластичности Ip.;

∙разновидность: по прочности (сопротивлению грунта при зондировании) и по показа-

телю текучести IL.

Для песчаных грунтов проводят анализ гранулометрического состава и определяют тип, вид и разновидность:

∙тип – песок, если масса частиц крупнее 2мм <50%

∙вид обломочных -песчаных грунтов определяется по гранулометрическому составу и

по показателю максимальной неоднородности Umax;

∙разновидность – по прочности (сопротивлению грунта при зондировании) и по сте-

пени влажности Sr.

Полное наименование грунтов заносится в графу 13 таблицы 4.

Пример № 3

Определить полное наименование грунта по данным, полученным в задачах 1 и 2. Слой №1.

Данный слой обломочно-песчаный (отсутствуют значения WL и WP):

1.Тип: песок, масса частиц крупнее 2мм = 15.8%<50% (см. Пример2)

2.Вид: по гранулометрическому составу и по показателю Umax – песок средней крупности, повышенной неоднородности(см. Пример2) .

3.Разновидность:

∙По прочности при зондировании:

так как для первого слоя Pd=5.7МПа, по табл. 5.2 ТКП 45-5.01-17-2006 определяем – данный грунт средней прочности (3.0≤ 5.7 ≤ 14).

∙ По степени влажности: Sr=0.39 – песок маловлажный.

Вывод: Слой №1 – песок средней крупности, средней прочности, маловлажный.

Слой №2.

Данный слой обломочно-пылеватый глинистый (WL=0.27, WP=0.14):

1.Тип: по числу пластичности IP=0.13 (13%) – суглинок (см. табл. 4.2 СТБ 943-2007)

2.Разновидность:

∙по прочности при зондировании

так как для второго слоя Pd=2.4МПа, по табл. 5.6 ТКП 45-5.01-17-2006 определяем – данный грунт средней прочности (1,2≤ 2,4 ≤ 2,8).

∙ по показателю текучести IL=0.23 – суглинок полутвёрдый.

Вывод: Слой №2 – суглинок полутвёрдый средней прочности.

Слой №3.

Данный слой обломочно-пылеватый глинистый (WL=0.25, WP=0.13):

1.Тип: по числу пластичности IP=0.12 (12%) – суглинок (см. табл. 4.2 СТБ 943-2007)

2.Разновидность:

∙по прочности при зондировании

так как для третьего слоя Pd=2.0МПа, по табл. 5.6 ТКП 45-5.01-17-2006 определяем – данный грунт средней прочности (1,2≤ 2,0 ≤ 2,8).

∙по показателю текучести

IL=0.42 – суглинок тугопластичный.

Вывод: Слой №3 – суглинок тугопластичный средней прочности.

Данные, полученные по результатам расчётов (Пример 1 - Пример 3), заносим в таблицу 4.

Обратите внимание, что глины озерно-ледникового происхождения по прочности по данным динамического зондирования не подразделяются.

Таблица 4

Физико-механические характеристики грунтов основания

Задача №4. Определение нормативных и расчетных значений физикомеханических характеристик грунтов по данным динамического зондирования.

Предварительно ознакомится с разделом 2 (кроме 2.3) учебника /1/.

В данной работе необходимо для каждого слоя первоначально необходимого определить нормативные значения следующих характеристик грунтов:

∙ удельного веса γ n ,γ I ,γ II

γ n = ρ × g

где g – ускорение свободного падения. Единицы измерения удельного веса кН/м3;

ρ- плотность грунта в естественном состоянии (г/см3).

∙для водонасыщенных песков дополнительно определяется удельный вес грунта в водонасыщенном состоянии γ nw ,γ IIw

γ nw = (γ s − γ w )(1 + e)

где γw - удельный вес воды равный 10 кН/м3 ;

γs - удельный вес твердых частиц грунта (определяется аналогично как и γn ).

Далее определяются нормативные значения прочностных и деформационных характеристик грунтов (ϕn , cn , E ). На практике данные величины определяются в ходе проведения комплекса поле-

вых и лабораторных исследований. На практическом занятии допускается определять прочностные и деформационные характеристики грунтов по данным динамического зондирования в зависимости от величины Рд (дано в задании, таблица П1.1 графа 9). Для этого понадобится ТКП 45-5.01-17-2006 (табл. 5.4, 5.6, 5.7, 5.8). В рамках данной работы считать суглинки и супеси моренного, глины – озёр- но-ледникового происхождения.

Расчетные значения характеристик грунтов для первой и второй группы предельных состоя-

ний:

∙удельного веса γ I ,γ II ;

∙угла внутреннего трения ϕ I ,ϕ II ;

∙удельного сцепления cI , cII

определяются путем деления нормативных значений ( γ n ,ϕn , cn ) на коэффициент надежности по

грунту γg. Коэффициенты надежности по грунту γg при определении расчетных значений свойств грунтов определяются согласно ГОСТ 20522-96 Грунты. Методы статистической обработки результатов испытаний. На практическом занятии допускается коэффициенты надежности по грунту γg принять равными:

при определении расчетных значений удельного веса γI и γII :

γg = 1;

при определении расчетных значений ϕ II , cII :

γg = 1;

при определении расчетных значений cI :

∙для удельного сцепления γg(с) = 1,5;

при определении расчетных значений ϕ I :

∙для песчаных грунтов γg(с) = 1,1;

∙для пылевато-глинистых γg(с) = 1,15.

Результаты определения физико-механических характеристик грунтов сводятся в таблицу, форма которой приведена в примере 4.

Пример №4:

Определить нормативные и расчетные значения физико-механических характеристик грунтов по результатам задач 1-3.

ИГЭ 1

Первый инженерно-геологический элемент (см. пример №3)- песок средней крупности, средней прочности, с условным динамическим сопротивлением Рд=5.7МПа ( гр.9, табл.1 пример 1).

1. Определяем удельный вес грунтаγ n :

γ n = ρ × g =1.84 ×10 =18.4 кН м3

При наличие грунтовых вод в песчаных грунтах дополнительно определяем удельный вес

грунта в водонасыщенном состоянии γ nw :

где g – ускорение свободного падения ≈10 м/сек2

γw - удельный вес воды равный 10 кН/м3

2. Определяем угол внутреннего трения ϕn и удельное сцепление Cn :

По таблице 5.4 ТКП 45-5.01-17-2006 находим, что для песков средних средней прочности при pd = 5.7МПа угол внутреннего трения ϕn = 35 , Cn =1.18кПа

3. Определяем модуль деформации грунта E :

По таблице 5.8 ТКП 45-5.01-17-2006 находим, что для песков аллювиальных средних средней прочности при pd = 5.7МПа модуль деформации E = 24.5МПа.

4. Определяем расчетные значения физико-механических характеристик грунтов для I и II

группы предельных состояний:

Расчетные значения удельного веса принимает равными:

γ I = γ II = γ n =18.4 кН/м3

Значение удельного сцепления по I группе предельных состояний:

Значение удельного сцепления по II группе предельных состояний:

Значение угла внутреннего трения по I группе предельных состояний:

Значение угла внутреннего трения по II группе предельных состояний: