Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Расчет оснований и фундаментов. Учебное пособие
.pdf
1
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Белгородский государственный технологический университет
им. В.Г. Шухова
А.С. Черныш
Т.Г. Калачук
Г.В. Куликов
РАСЧЕТ ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ
Учебное пособие
Белгород 2014
2
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Белгородский государственный технологический университет
им. В.Г. Шухова
А.С. Черныш
Т.Г. Калачук
Г.В. Куликов
РАСЧЕТ ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ
Утверждено ученым советом университета в качестве учебного пособия для студентов очной и заочной форм обучения направления "Стро-
ительство"
Белгород
2014
3
Введение ……………………………………………………........
4
1.
Грунтоведение ………………………………………………......
5
1.1.
Основные физико-механические свойства грунтов …………..
5
1.2.
Лабораторные методы для песчаных и глинистых грунтов ….
21
2.
Расчет оснований ………………………………………………
26
3.
Расчет фундаментов мелкого заложения …………………...
37
4.
О несущей способности одиночных свай …………………...
45
5.
Расчет низкого свайного ростверка …………………………
57
6.
Расчет свайных фундаментов с вертикальными сваями для
мостовых переходов ………………………………………
66
Заключение ……………………………………………………...
80 Библиографический список …………………………………..
81
Оглавление
4
Введение
В строительстве грунты рассматриваются как строительная среда,
которая должна обеспечить прочность, устойчивость и долговечность
сооружений. Без знания основ грунтоведения не представляется возможным правильно запроектировать современные промышленные сооружения, жилые здания и другие сооружения.
Любое из возводимых сооружений должно удовлетворять особым
требованиям по деформациям. При проектировании сооружений необходимо выявлять и учитывать природные условия их возведения, в
частности, породы и грунты, на которых будут основываться сооружения, их состав, свойства, условия залегания и мощность отдельных пластов и т.д.
Проектирование оснований фундаментов зданий и сооружений
ведется по двум группам предельных состояний: по I группе - определение несущей способности оснований, обеспечение прочности и
устойчивости фундаментов на сдвиг по подошве и опрокидывание; по II
группе - определение предельных величин деформаций (перемещений),
гарантирующих нормальную эксплуатацию сооружений. Для чего необходимо выполнить расчет оснований по деформациям с соблюдением
условия, чтобы расчетные осадки были меньше предельно допустимых
значений, указанных в строительных нормах.
В данном пособии приводятся основные положения по основам
грунтоведения и расчету оснований и фундаментов.
5
Система
Обозначение
Система
Обозначение
Четвертичная
Неогеновая
Палеогеновая
Меловая
Юрская
Триасовая
Q
N
P
K
Y
T
Пермская
Каменноугольная
Девонская
Силурийская
Ордовикская
Кембрийская
P
C
Д
S
O
C
Тип грунта
Обозначения
Тип грунта
Обозначения
Аллювиальные
(речные отложения)
Озерные
Озерно-
аллювиальные
a
l
l-q
Глянциальные (лед-
никовые отложения)
Флювиоглянциальные
(отложения ледниковых потоков)
g
f
1. Грунтоведение
1.1. Основные физико-механические свойства грунтов
1. Происхождение грунтов и состав
По генезису горные породы делятся на магматические, осадочные
и метаморфические. Магматические – в результате остывания магмы,
имеют кристаллическую (решетку) структуру и классифицируются как
скальные. Осадочные – в результате разрушения горных пород и осаждения продуктов выветривания из воды или воздуха, и могут быть
скальными и нескальными. Метаморфические – это изменения под
влиянием высоких температур и больших давлений магматических и
осадочных грунтов. Характеризуются кристаллизационными связями и
классифицируются как скальные.
Осадочные делятся на континентальные и морские (современные
и древние). Древние – это мелы, песчаники, известняки, доломиты и др.
В зависимости от возраста в табл. 1.
Таблица 1
Геологические системы осадочных пород
В качестве оснований используются четвертичные осадочные
грунты.
Таблица 2
Генетические типы грунтов четвертичного возраста
Тип грунта
Обозначения
Тип грунта
Обозначения
Деллювиальные
(отложения дождевых и талых
вод)
Аллювиальноделлювиальные
Эоловые (из воздуха)
d
ad
z
Озерно-ледниковые
Элювиальные (продукты выветривания
горных пород на месте)
Элювиальноделювиальные
Пролювиальные (отложения бурных дождевых потоков)
lg
l
l
d
p
ны водой и газом. Строительные свойства грунтов определяются минералогическим и гранулометрическим составом, структурой, текстурой и
состоянием в природном залегании.
слюды и др.; глинистые (вторичные) минералы, образовавшиеся в процессе выветривания магматических и метаморфических пород; солисульфаты (гипс, ангидрид и др.), карбонаты (кальцит, доломит и др.),
галоиды; органические вещества.
ственным соотношением слагающих их частиц, а также характером связи между ними. Содержание каждой фракции выражает в процентах от
массы высушенной пробы грунта. По характеру структурных связей:
жёсткие (кристаллизационные) и водно-коллоидные связи; кристаллизационные связи скальных породах. Водно-коллоидные связи характерны для глинистых грунтов.
ние элементов грунта с разным составом и свойствами. Текстура характеризует не однородное строение грунтов в пласте, а также определяет
путь фильтрации воды, интенсивность и направление деформации сдвига массива.
6
Окончание таблицы
Грунт состоит из твердых частиц, поры между которыми заполне-
В составе грунтов: первичные минералы – кварц, полевые шпаты,
Структура грунтов характеризуется размером, формой и количе-
Под текстурой грунтов понимается пространственное расположе-
2. Плотность и влажность
7
Грунт
ρs
диапазон
средняя
Песок
Супесь
Суглинок
Глина
2,65÷2,67
2,68÷2,72
2,69÷2,73
2,71÷2,76
2,66
2,70
2,71
2,74
Характеристика
Формула
Плотность сухого грунта, гс/см3
(гс/м3)
Пористость, %
Коэффициент пористости
Полная влагоемкость
Степень влажности
Число пластичности
Показатель текучести
или
, (=1)
Различают плотность минеральных частиц грунтов ρs – отношение
массы сухого грунта к объему твёрдой части этого грунта; плотность
грунта ρ – отношение массы грунта (включая массу воды в порах) к занимаемому этим грунтом объему; плотность сухого грунта; ρd – отношение массы сухого грунта (исключая массу воды в его порах) к занимаемому этим грунтом объему (включая имеющиеся в этом грунте поры). Плотность частиц песчаных и глинистых грунтов приведены в
табл. 3.
Таблица 3
Плотность частиц ρs песчаных и глинистых грунтов
Плотность отложения грунта (степень уплотненности) характери-
зуется плотностью n или коэффициентом пористости е и плотностью
сухого грунта (табл. 4).
Таблица 4
Формулы для определения основных
физических характеристик грунтов.
Влажность грунта – отношение разности массы пробы грунта до
высушивания и после (при 105-107°) к массе абсолютного сухого грунта. Влажность песчаного грунта (за исключением пылеватого) изменя-
8
Грунт
Показатели
По пределу прочности на одноосное сжатие в
водонасыщенном состоянии, мПа:
- очень прочные
-прочные
-средней прочности
-малопрочные
-пониженной прочности
-низкой прочности
-весьма низкой прочности
>120
120≥
>50
50≥
>15
15≥
>5
5≥
>3
3≥
>1
<1
По коэффициенту размягчаемости в воде:
-не размягчаемые
- размягчаемые
≥0,75
<0,75
По степени растворимости в воде (осадочное
цементирование), г/л:
-нерастворимые
-труднорастворимые
-среднерастворимые
-легкорастворимые
растворимость менее 0,01
растворимость 0,01-1
растворимость 1-10
растворимость более 10
ется в небольших пределах и практически не влияет на прочностные и
деформационные характеристики грунтов.
Для глинистых грунтов характеристикой пластичности является
влажность на границе текучести и раскатывания
лабораторных условиях, а так же число пластичности
текучести . Характеристики , и
являются косвенными пока-
зателями состава (гранулометрического и минералогического) глинистых грунтов. Высокие значения этих характеристик свойственны грунтам с большим содержанием глинистых частиц, а так же грунтам, в минералогический состав которых входит монтморилонит.
3. Классификация
Грунты оснований сооружений подразделяются на два класса:
скальные (грунты с жесткими связями) и нескальные (грунты без жестких связей). Скальные грунты подразделяют по прочности, размягчаемости и растворимости (табл.5).
Классификация скальных грунтов
, определяемые в
и показатель
Таблица 5
К скальным грунтам, прочность которых в водонасыщенном состоянии менее 5 мПа (полускальные), относятся глинистые сланцы,
9
Грунт
Размер частиц, мм
Масса частиц % от
массы воздушно-
сухого грунта
Крупнообломочный:
-валунный (глыбовый)
-галечниковый (щебёночный)
-гравийный (дресвяный)
Песок:
-гравелистый
-крупный
-средней крупности
-мелкий
-пылеватый
>200
>10
>2
>2
>0,5
>0,25
>0,1
>0,1
>50
>25
>50
>50
>75
>0,75
Грунт
Степень влажности,
Маловлажный
Влажный
Насыщенный водой
0<
≤0,5
0,5<
≤0,8
0,8<1
песчаники с глинистым цементом, алевролиты, аргиллиты, мергели,
мелы. При водонасыщении прочность этих грунтов может снижаться в
2-3 раза.
Нескальные грунты подразделяют на крупнообломочные, песча-
ные, глинистые, биогенные и почвы.
К крупнообломочным относятся несцементированные грунты, в
которых масса обломков крупнее 2 мм, составляет 50% и более. Песча-
ные - это грунты, содержащие менее 50% частиц крупнее 2 мм и не об-
ладающие свойствами пластичности (число пластичности
Крупнообломочные и песчаные грунты классифицируют по грансоставу
(табл. 6) и степени влажности (табл. 7).
Классификация крупнообломочных и песчаных грунтов
по грансоставу
≤1%).
Таблица 6
Подразделение крупнообломочных и песчаных грунтов
Свойства крупнообломочных грунтов при содержании песчаного
заполнителя более 40% и глинистого более 30% определяются свойствами заполнителя и могут устанавливаться по результатам испытания
заполнителя. При меньшем содержании заполнителя свойства крупно-
Таблица 7
по степени влажности
10
Песок
Подразделения по плотности
сложения
Плотный
Средней
плотности
Рыхлый
По коэффициенту пористости
Гравелистый крупный и средней
крупности
Мелкий
Пылеватый
e<0,55
e<0,6
e<0,6
0,55<е≤0,7
0,6≤e≤0,75
0,6≤e≤0,8
e>0,7
e>0,75
e>0,8
По предельному сопротивлению грунта, Мпа,
под наконечником (конусом) зонда при статическом зондировании
Крупный и средней крупности
независимо от влажности
Мелкий независимо от влажности
Пылеватый: маловлажный и влажный
Водонасыщеный
gc>15
gc>12
gc>10
gc>7
15≥gc≥5
12≥gc≥4
10≥gc≥3
7≥gc≥2
gc<5
gc<4
gc<3
gc<2
По условному динамическому сопротивлению грунта, Мпа,
погружению зонда при динамическом воздействии
Крупный и средней крупности
независимо от влажности
Мелкий: маловлажный и влажный
Водонасыщеный
Пылеватый: маловлажный и влажный
gd>12,5
gd>11
gd>8,5
gd>8,5
12,5≥gd≥3,5
11≥gd≥3
8,5≥gd≥2
8,5≥gd≥2
gd<3,5
gd<3
gd<2
gd<2
обломочных грунтов устанавливают испытанием грунта в целом. Основным показателем песчаных грунтов, определяющим их прочностные
и деформационные свойства, является плотность сложения. По плотности сложения пески подразделяются по коэффициенту пористости е, и
удельному сопротивлению при статическом зондировании qe и условному сопротивлению грунта при динамическом зондировании qd
(табл.8).
Таблица 8
Песчаные грунты по плотности сложения
Глинистые грунты (супеси, суглинки и глины) называют грунтами
с примесью органических веществ при относительном содержании этих
веществ 0,05 <≤ 0,01, при относительном содержании органического вещества 0,03 <
≤ 0,1 песчаные грунты называют грунтами с
примесью органических веществ. Глинистые грунты подразделяют по
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]