Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Расчет оснований и фундаментов. Учебное пособие
.pdf
21
Грунт
Фракция
Размер частиц
Валуны (окатанные) и камни
(угловатые)
Крупные
Средние
Мелкие
>80 см
80-40 см
40-20 см
Булыжник, галька (окатанные),
щебень (угловатые)
Булыжник и крупный
щебень
Щебень и крупная
галька
Мелкие гальки и щебень
20-100 см
20-6 см
6-4 см
Гравий (окатанный)
и хрящ (угловатый)
Крупный
Средний
Мелкий
Очень мелкий
40-20 мм
20-10 мм
10-4 мм
4-2 мм
Песок
Грубый
Крупный
Средний
Мелкий
Пылеватый
2-1 мм
1-0,5 мм
0,5÷0,25 мм
0,25÷0,1 мм
0,1÷0,05 мм
Пыль
Крупная
Мелкая
Иловатая
0,05÷0,01 мм
0,01÷0,005 мм
0,005÷0,001 мм
Глина
Собственно глина
Коллоидная глина
1-0,25 мкм
< 0,25 мкм
1.2. Лабораторные методы для песчаных и глинистых грунтов
1. Определение гранулометрического состава грунтов
К связным грунтам относятся глинистые и лессовые, к несвязным
– песчаные и крупнообломочные. Гранулометрическим составом называют содержание в грунте частиц различной крупности (фракции), выраженное в процентах к массе абсолютно сухого образца.
При инженерно-геологических исследованиях размеры фракций
подразделяют в соответствии с классификацией (табл. 20).
Таблица 20
Классификация гранулометрического состава
К глинистым относятся породы у которых содержание глинистых
частиц превышает 3%, к лессовым – с содержанием более 50% частиц
22
размером 0,05÷0,005 мм и обладающие высокой пористостью и наличием макропор.
Гранулометрический состав связных грунтов определяют арео-
метрическим методом (ГОСТ 12536-79) или методом пипетки. Эти методы основаны на различной скорости оседания частиц в воде. Средние
пробы грунта для ареометрического анализа отбирают в зависимости от
дисперсности грунта в количестве 20 г для глин, 30 г для суглинков,
40 г для супесей.
Для анализа по ГОСТ 12536-79 пользуются ареометром, позволя-
ющим измерять плотность суспензий от 0,995 до 1,030 гс/см3. Расчет
диаметров частиц при ареометрическом анализе осуществляется с помощью номограммы Казачранде, в основу которой положена формула
Стокса.
Гранулометрический состав характеризует содержание в породе
первичных частиц, поэтому при подготовке к гранулометрическому
анализу пользуются методами, приводящими к предельной диспергации
породы, т.е. разрушающими все микроагрегаты, содержащиеся в породе.
Определение плотности грунта
Плотность грунта, т.е. отношение твердых частиц к их объему, не
зависит от её пористости и влажности слагающих грунт минералов и
присутствия органических веществ. Плотность песчано-глинистого
грунта может быть в интервале от 2,65 до 2,76 гс/см3 (см. табл. 3).
Плотность грунтов определяют пикнометрических методом.
При определении плотности грунтов, содержащих мягкорастворимые
соли, вместо воды пользуются аполярной жидкостью – чаще керосином,
реже бензином. При расчете плотности по ГОСТу учитывают массу воды, массу пикнометра, массу грунта. Известен способ определения
плотности, обладающий рядом преимуществ перед стандартным методом. Сущность метода сводится к гидростатическому взвешиванию
навески сухого грунта (~ 10 г) в керосине. Сухой грунт помещают в коническую колбу объемом 50 мл. Затем колбу почти полностью запол-
23
няют керосином и взвешивают на технических весах 1-го класса точности. Плотность находят по формуле:
где – масса сухого грунта, г;
– плотность керосина, гс/см3.
Плотность влажного грунта
ма грунта при естественной влажности и пористости:
где – масса пробы грунта, г; – объем грунта, см
Пористость, т.е. суммарный объем всех пор в единице объема,
определяют как отношение объема пор в грунте VП ко всему занимаемому грунтом объему V, выраженный в процентах:
или к объему, занимаемому только грунтовыми частицами VП, выраженный в долях единицы:
Величину n называют пористостью, величину е – коэффициентом
пористости.
Определение влажности и максимальной молекулярной
Влажностью называется отношение массы воды к массе скелета
грунта (к массе грунта, высушенного при температуре 105-107°С) в данном объеме, выраженное в процентах; естественной влажностью –
количество воды, содержащейся в порах грунтов в условиях их естественного залегания. Методика определения влажности приведена в
ГОСТ 5180-84.
Различается весовая (абсолютная) и относительная влажность
грунта. Влажность, выраженная по отношению к массе абсолютного
сухого грунта, представляет весовую, или абсолютную влажность W.
Относительная влажность – это отношение массы воды в грунте к
объему пор, она выражается в долях единицы.
, (20)
– масса сухого грунта в керосине, г;
(гс/см3) – это масса единицы объе-
, (21)
(22)
. (23)
3
.
влагоемкости.
24
Определение пластичности, набухания и водопрочности
Способность грунта под воздействием внешних усилий изменять
форму без разрушения или разрыва и сохранять её после устранения
действия внешней силы называют пластичностью. Влажности, ограничивающие интервал проявления пластичных свойств, называют пределами пластичности. Под верхним пределом пластичности WL понимают
влажность, при увеличении которой грунт теряет свои пластические
свойства и переходит в текучее состояние (границы текучести). Нижний
предел пластичности WP характеризует минимальную влажность, при
которой частицы способны перемещаться относительно друг друга без
нарушения плотности породы (граница раскатывания).
Для приближенной оценки консистенции связных грунтов в строительных целях пользуются показателем текучести:
при <0 грунты называют твердыми, при
при
> 1 – текучими. Классификация связных грунтов по показателю
текучести приведена в табл. 10.
Набухание – способность грунта увеличивать объем при увлажнении - характеризуется тремя показателями:
1) степенью или деформацией набухания, определяемой соб-
ственно по изменению объема, массы или высоты образца :
;
где ,
– начальный и конечный объем образца, см
ная и конечная масса образца, г; ,
образца, мм;
– плотность воды, гс/см3;
2) влажностью набухания Wн, % при которой прекращается про-
цесс поглощения жидкости:
где – масса полностью набухшего образца, г;
сухого грунта, г;
3) давлением набухания Pн, которое развивается при невозмож-
ности объемных деформаций в процессе набухания грунта, МПа:
, (24)
от 0 до 1 – пластичными,
;
– начальная и конечная высота
(26)
(25)
3
; ,
– масса абсолютно
– началь-
25
где F – сила набухания, Н; S – площадь образца, см2.
Водопрочность – это способность грунтов сохранять механическую прочность и устойчивость при взаимодействии с водой; она характеризуется размокаемостью и размываемостью.
Под размокаемостью понимают способность грунтов при погружении в спокойную воду терять связность и превращаться в рыхлую
массу с частичной или полной потерей несущей способности. Характеризуется двумя показателями: 1) временем размокания; 2) характером
размокания.
Размываемость грунтов – способность отдавать агрегаты и эле-
ментарные частицы движущейся воде, воздействующей на поверхность
грунтовой толщи. Размываемость определяют в гидравлических лотках.
Определение коэффициента фильтрации
Фильтрацией называют движение воды в грунте под действием
напора. Коэффициент фильтрации Kф – основная характеристика водопроницаемости грунтов, он равен скорости движения воды при градиенте напора, равном единице. Обычно коэффициент фильтрации песчаноглинистых грунтов определяют с помощью универсальной трубки К-01,
которая позволяет проводить опыты в условиях установившегося движения при напорных градиентах, лежащих в пределах от 0,1 до 1,0. Эти
трубки применяются в основном для песчаных пород.
, (27)
26
Песчаные грунты и их влажность
R0, кПа
Гравелистые и крупные в независимости от их влажности
343
Средней крупности:
Маловлажные
Влажные и насыщенные водой
294
243
Мелкие:
Маловлажные
Влажные и насыщенные водой
196
147
Пылеватые:
Маловлажные
Влажные
Насыщенные водой
196
147
98
2. Расчет оснований
Расчет сопротивления оснований из нескального грунта осевому
сжатию R, кПа, под подошвой фундамента мелкого заложения или фундамента из опускного колодца следует определять по формуле
где R0 – условие сопротивления грунта кПа, принимают по табл. 21-23;
b – ширина (меньшая сторона или диаметр) подошва фундамента, м;
при ширине подошвы фундамента более 6 м принимают b = 6 м;
K2, K1 – коэффициенты, м-1 принимаются по табл. 24.
Среднее по слоям расчетное значение удельного веса грунта, расположенного выше подошвы фундамента, вычисляют по формуле без
учета взвешенного действия воды (допустимо принимать γ = 1962
кН/м3):
, (29)
где γi – расчетный удельный вес грунта i-го слоя, кН/м3;
hi – толщина i-го слоя, м;
знак ∑ означает суммирование по всем слоям, расположенным выше
подошвы фундамента (в пределах высоты h).
Условия сопротивления грунтов средней плотности основаниях
, (28)
Таблица 21
Примечание. Для плотных песков значение R0 следует увеличивать на
100%, если их плотность определена статическим (путем) зондированием и на
27
Грунт
Коэффициент
пористости
R0, кПа, в зависимости от показателя
текучести
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
Супесь
(
p
≤5)
0,5
0,7
343
294
294
245
245
196
196
147
197
98
98 - -
-
Суглинок
(10≤
p
≤ 15)
0,5
0,7
1,0
392
343
294
343
294
245
294
245
196
245
196
147
196
147
98
147
98
-
98
-
-
Глина
(
p
≥ 20)
0,5
0,6
0,8
1,1
588
480
392
294
441
343
294
245
343
294
245
196
294
245
196
147
245
196
147
98
196
147
98
-
147
98
-
-
Грунт
R0, кПа
Галечниковый (щебеночный) из обломочных грунтов:
Кристаллических
Осадочных
Гравийный (дресвяный) из обломочных пород:
Кристаллических
Осадочных
1470
980
785
490
60%, если их плотность определена по результатам лабораторных испытаний
грунтов.
Таблица 22
Условное сопротивление пылевато-глинистых (непросадочных)
грунтов основания
Примечания. 1. Для промежуточных значений
интерполяции.
2. При значениях числа пластичности
от 5-10 до 15-20 следует прини-
p
мать среднее значение R0 соответственно для супесей, суглинков и глин.
Условное сопротивление крупнообломочных грунтов в основаниях
и е R0 определяют по
p
Таблица 23
Примечание: условные сопротивления R0 даны для крупнообломочных
пород с песчаным заполнителем. Если в крупнообломочном грунте содержится
свыше 40% глинистого заполнителя, то значение R0 для такого грунта прини-
мают по табл. 21, в зависимости от
p,
и е заполнителя.
28
Грунт
Коэффициент
К1 К2
Гравий, галька, песок гравелистый крупный и средней крупности
Песок мелкий
То же пылеватый, супесь
Суглинок и глина твердая, полутвердая
То же тугопластичная и мягкопластичная
0,1
0,08
0,06
0,04
0,02
3,0
2,5
2,0
2,0
1,5
Таблица 24
Значение коэффициентов К1 и К2
Условное сопротивление для твердых супесей, суглинков и глин
(
< 0)
p
где Rnc – предел прочности на одноосное сжатие образца глинистого
грунта природной влажности, кПа; для супесей не более 981; для суглинков – 1962; для глин – 2943.
Расчетное сопротивление осевому сжатию оснований из невывет-
риваемых скальных грунтов
где Rc – предел прочности на одноосное сжатие образца скального грунта, кПа;
– коэффициент надежности по нагрузке, принимаемый равным
1,4.
Если основания состоят из однородных по глубине слабо выветриваемых или сильно выветриваемых скальных грунтов, их расчетное
сопротивление осевому сжатию следует определять, пользуясь результатами статических испытаний грунтов штампами. При отсутствии таких результатов допускается значение R определять для слабо выветриваемых и выветриваемых скальных (пород) грунтов по формуле (31),
принимая значение R0 с понижающим коэффициентом, равным соответственно 0,6 и 0,3 для сильно выветриваемых скальных грунтов по формуле (28) и табл. (23), как для крупнообломочных пород.
, (30)
(31)
29
При определении расчетного сопротивления оснований из нескальных грунтов по формуле (28) заглубление фундамента мелкого
заложения или фундамента из опускного колодца следует принимать:
а) для промежуточных опор мостов от поверхности грунта у опоры на уровне срезки в пределах контура фундамента, а в русле рек от
дна водотока у опоры после понижения его уровня на глубину общего и
половину местного размыва грунта при расчётном расходе;
б) для обсыпных устоев – от естественной поверхности грунта с
увеличением на половину высоты конуса у передней грани фундамента
по оси моста.
Расчетное сопротивление, вычисленное по формуле (28) для глин
и суглинков в фундаментах опор мостов, расположенных в пределах
постоянных водотоков, следует повышать на величину, равную 14,7
кПа, где
– глубина воды, м, от наинизшего уровня межени до уров-
ня, принимаемого по пункту «а» для оснований из нескальных грунтов.
Взвешенное воздействие воды на грунты и части сооружения,
расположенные ниже уровня поверхностных или подземных вод, необходимо учитывать в расчетах по несущей способности оснований и
устойчивости положения фундаментов, если фундаменты заложены в
песках, супесях и глинах. При заложении фундаментов в суглинках и
глинах взвешивающее действие воды требуется учитывать в случаях,
когда оно создаёт более неблагоприятные условия. Уровень воды принимают невыгоднейшим – наинизшим или наивысшим.
Несущая способность основания под подошвой фундаментов мелкого заложения или фундаментов из опускных колодцев должна удовлетворять условиям
где P и Р
или
– соответственно среднее и максимальное давление подош-
max
, (32)
вы фундамента на основание, кПа;
R – расчетное сопротивление основания из нескальных пород или
скальных осевому сжатию, кПа;
– коэффициент надежности по назначению сооружения, принима-
емый равным 1,4;
30
– коэффициент условий работы, принимаемый равным 1,0 – при
определении несущей способности нескальных (грунтов) оснований в
случаях действия временной вертикальной нагрузки от центробежной
силы; 1,2 – при определении несущей способности скальных оснований
в случаях действия (кроме указанных выше временных нагрузок) одной
или нескольких других временных нагрузок.
Проверка несущей способности по грунту как условного фундамента мелкого заложения не требуется для однорядных свайных фундаментов в любых грунтовых условиях и для многорядных свайных фундаментов, сваи которых работают как стойки.
Проверка несущей способности по грунту фундамента из свай или
опускного колодца как условного фундамента мелкого заложения
Условный массивный фундамент принимают в форме прямоугольного параллелепипеда. Его размеры для свайного фундамента с
заглублённым в глубь ростверком определяют по рис. 1, а, б; а с расположенным под грунтом ростверком – по рис. 1, в, г. Для фундамента из
опускного колодца эти размеры определяют по рис. 2, а, б. Среднее значение расчетных углов трения грунтов φm (рис. 9 и 9, г), прорезанных
сваями или колодцем, определяют по формуле
, (33)
:
max
, (34)
где
– расчетный угол внутреннего трения i-того слоя грунта, распо-
ложенного в пределах глубины погружения свай или колодца в грунт;
– толщина этого слоя, м; – глубина погружения сваи или колодца в
грунт от его расчетной поверхности.
Несущая способность основания условного массивного фундамента считается обеспеченной при значениях среднего давления на
грунт в сечении 3–4 по подошве условного фундамента Р и максимального давления на грунт в этом сечении Р
;
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]