4 Анализ грунтовых условий строительной площадки

Для каждого слоя грунта устанавливают характеристики физического состояния: влажность w, плотность грунта ρ, твердых частиц грунта ρ_s и сухого (скелета) грунта ρ_d, удельный вес грунта, твердых частиц грунта, сухого скелета грунта соответственно γ, γ_s, γ_d, коэффициент пористости e, коэффициент водонасыщенности (степень влажности) S_r, влажности на границе текучести w_L, и границе раскатывания w_Р, число пластичности I_P и показатель текучести I_L. Часть из этих характеристик приводятся в задании на проектирование.

В целом выделенный из грунта образец можно условно разделить на три части: V₁ – объем пор заполненный газом; V₂ – объем пор, заполненных водой; V₃ – объем твердых частиц грунта. Масса газа, практически не оказывающая влияния на результат расчета, может не учитываться. Обозначим через m₃ массу твердых частиц, а через m₂ – массу воды. Тогда:

• плотность грунта , (4.1)

• плотность твердых частиц грунта , (4.2)

• плотность сухого (скелета) грунта , (4.3)

• влажность , (4.4)

• удельный вес грунта , (4.5)

• удельный вес твердых частиц грунта , (4.6)

• удельный вес сухого скелета грунта , (4.7)

• коэффициент пористости , (4.8)

• удельный вес грунта во взвешенном состоянии:

, (4.9)

• коэффициент водонасыщенности (степень влажности):

, (4.10)

• число пластичности , (4.11)

• показатель текучести (4.12)

где g=9,81 м/с² – ускорение свободного падения;

γ_w – удельный вес воды, приблизительно равный 10 кН/м³.

Исходные и расчетные физико-механические характеристики грунтов сводятся в табл. 4.1. Гранулометрический состав песчаных грунтов целесообразно приводить в отдельной таблице.

Таблица 4.1 - Физико-механические характеристики грунта

Номер слоя	Толщина слоя, м	Исходные					Расчетные
		Плотность грунта ρ, кН/м3	Плотность частиц ρs, кН/м3	Природная влажность w, %	Влажность на границе текучести wL, %	Влажность на границе раскатанности wP, %		Удельный вес грунта γ(ysb), кН/м3	Удельный вес твердых частиц грунта γs, кН/м3	Число пластичности IP,%	Показатель текучести IL, %	Коэффициент пористости е	коэффициент водонасыщенности Sr
1	2	3	4	5	6	7		8	9	10	11	12	13
1
2а
2б								(ysb)
3								(ysb)
4

Примечание. Пунктирной линией показан уровень грунтовых вод. Для всех водопроницаемых слоев расположенных ниже него рассчитывается удельный вес грунта и удельный вес грунта во взвешенном состоянии. К водонепроницаемым относятся суглинки и глины при I_L<0,25. В приведенной таблице уровень грунтовых вод проходит по толще второго слоя, он разделяется на слои 2а и 2б, параметр y_sb определяется для слоя 2б и 3, слой 4 является водонепроницаемым.

Для определения типа грунта и оценки его свойств следует использовать основные показатели классификации грунтов и их характеристики, представленные в табл. 1 - 5 приложения 2.

ГОСТ 25100-95 включает шесть таксономических единиц, выделяемых по группам признаков: класс, группа, подгруппа, тип, вид, разновидность. Все грунты, приведенные в исходных данных, имеют одни и те же класс (природные дисперсные грунты), группу (связные или несвязные), подгруппу (осадочные), тип (минеральные). Они различаются только по виду – песчаные или глинистые и по разновидностям.

Вид определяется по числу пластичности, выражаться либо в долях единицы (либо в %). Если I_P оказывается меньше 0,01 в долях единицы (или 1%) – грунт следует считать песчаным, если больше – глинистым. Когда в задании отсутствуют значения характеристик пластичности – влажности на границе текучести w_L и влажности на границе раскатывания w_P (они не могут быть определены для песчаного грунта, так как он не является пластичным), то I_P следует принимать равным нулю и считать грунт песчаным.

Разновидности для песчаных грунтов выделяются по гранулометрическому составу – гравелистый, крупный, средней крупности, мелкий, пылеватый (табл. 3); по плотности сложения, определяемой через коэффициент пористости е – плотный, средней плотности, рыхлый (табл. 2); по коэффициенту (или степени) водонасыщения S_r – маловлажный, влажный, насыщенный водой (табл. 4).

Разновидности для глинистых грунтов, определяющие их названия, выделяются по численному значению числа пластичности I_P – супесь, суглинок, глина (табл. 1); определяющие консистенцию – по показателю текучести I_L: супесь – твердая, пластичная, текучая; суглинок и глина – твердые, полутвердые, тугопластичные, мягкопластичные, текучепластичные, текучие (табл. 5).

Пример 4.1 - Определение классификационных признаков грунтов площадки.

Исходные данные представлены в табл. 4.2, гранулометрический состав 3-го слоя в табл. 4.3.

2-й слой. Вид – глинистый грунт, так как из табл. 4.2 видно, что .

Разновидности:

− по числу пластичности – глина (табл. П2.1 приложения 2);

− по показателю текучести – полутвердая (табл. П2.5 приложения 2).

Коэффициент пористости .

Удельный вес грунта .

Удельный вес твердых частиц грунта .

3-й слой. Вид – песчаный грунт, не пластичный, так как характеристики пластичности w_L и w_P отсутствуют.

Разновидности:

• по гранулометрическому составу – песок средней крупности, так как частиц крупнее 0,25>50%: 3,0+19,0+40,0 = 62% (табл. П2.3 приложения 2);

• по плотности сложения, определяемой через коэффициент пористости

- песок средней плотности (табл. 2 приложения 2);

• по степени водонасыщения ;

0,8 < 0,999 < 1,0 – насыщенный водой (табл. 4 приложения 2).

Удельный вес грунта .

Удельный вес твердых частиц грунта .

Полученные результаты заносятся в табл. 4.2.

Таблица 4.2 - Исходные данные и результаты расчета

Номер слоя	Толщина слоя, м	Исходные					Расчетные
		Плотность грунта ρ, кН/м3	Плотность частиц ρs, кН/м3	Природная влажность w, %	Влажность на границе текучести wL, %	Влажность на границе раскатанности wP, %		Удельный вес грунта γ(ysb), кН/м3	Удельный вес твердых частиц грунта γs, кН/м3	Число пластичности IP,%	Показатель текучести IL, %	Коэффициент пористости е	коэффициент водонасыщенности Sr
1	2	3	4	5	6	7		8	9	10	11	12	13
2	3,5	1,92	2,73	33,7	48	30,5		18,84	26,78	17,5	0,183	0,9	-
3	4,5	2,06	2,7	22,2	-	-		20,21	26,49	-	-	0,6	0,999

Таблица 4.3 - Гранулометрический состав грунтов

№ грунта	>10 мм	10-5 мм	5-2 мм	2-1 мм	1-0,5 мм	0,5-0,25 мм	0,25-0,1 мм	< 0,1 мм
3	-	-	-	3	19	40	33,7	4,3

На основе проведенного анализа строится геологическая колонка, пример которой представлен на рис. 4.1.

Рис. 4.1 - Пример геологической колонки

Условные графические обозначения грунтов, а также консистенции и степени влажности грунтов на инженерно-геологических разрезах и колонках приведены в приложении 3 на рис. 1 и 2 соответственно.

При выполнении расчетов оснований и фундаментов по I и II группам предельных состояний используются расчетные прочностные и деформационные характеристики грунтов, которые определяются по формуле

, (4.13)

где X_n – нормативное значение характеристики грунта;

γ_g – коэффициент надежности по грунту.

Коэффициент надежности по грунту при вычислении расчетных значений прочностных характеристик (удельного сцепления c, угла внутреннего трения φ дисперсных грунтов, а также плотности (удельного веса y) грунта ρ) устанавливают в зависимости от изменчивости этих характеристик, числа определений и значения доверительной вероятности α (ГОСТ 20522-96).

Для прочих характеристик грунта допускается принимать γ_g равным единице.

При выполнении расчетно-графической работы и практических заданий значения коэффициентов надежности по грунту могут быть приняты по табл. 4.4.

Расчетные значения характеристик грунтов c, φ и γ для расчетов по несущей способности обозначают c_I, ψ_I и γ_I, а по деформациям – c_II, ψ_II и γ_II. Их величины, а также модуль деформации грунтов Е приводят в табл. 4.5.

Таблица 4.4 - Коэффициенты надежности по грунту

Характеристика грунта	Величина коэффициента γg при расчетах
	по несущей способности	по деформациям
Удельный вес γ	1,1	1,05
Угол внутреннего трения φ	1,1	1,05
Удельное сцепление с	1,5	1,1

Таблица 4.5 - Расчетные значения характеристик грунтов

Номер слоя	Значения характеристик грунтов при величине коэффициентов надежности
	-	1,1	1,05	-	1,1	1,05	-	1,5	1,1	1
	γ	γI	γII	φ	φI	φII	c	cI	cII	Е
1
2
3
4