3.3 Уплотнение грунта тяжёлыми трамбовками.

Геологические условия строительной площадки: с поверхности котлована на глубину 3,9м залегает слой лёссового грунта (суглинок твёрдый) со следующими характеристиками:

ρ_s=2.74т/м³, ρ=1,51 т/м³, ρ_d=1,39 т/м³, w=8%; ниже залегает слой суглинка мягкопластичного с ρ_s=2,7т/м³, ρ=1,78 т/м³, ρ_d=1,42 т/м³, w=25%, φ_n=15⁰, C_n=15кПа, R₀=158.2кПа, Е=7МПа.

В пределах исследованной толщи – первый слой лёссовый грунт (суглинок твёрдый), поэтому уплотнять грунты будем тяжёлыми трамбовками.

Уплотнение грунтов тяжёлыми трамбовками производится свободным сбрасыванием с помощью крана – экскаватора с высоты 5-10м трамбовок диаметром 1,4-3,5м и весом 40-150кН.

Проектирование уплотнённого трамбованием основания ведётся в определённой последовательности. Задаваясь плотностью сухого грунта после трамбования, находят по нормам расчётное сопротивление уплотненного грунта.

Плотность сложения грунта уплотненного основания должна соответствовать значению γ_d≥16.0кН/м³. Примем к расчёту γ_d=16.0кН/м³,ρ_s=2.69кН/м³,S_r=0.8

W₀=W_p-(1…3)% (3,16)

W₀=22-0.44=21.56%

Коэффициент пористости уплотнённого основания:

e (3,17)

,

следовательно, после уплотнения получаем суглинок твёрдый

определяем нормативные значения прочностных и деформационных характеристик грунта уплотненного слоя – суглинка твёрдого, при e=0.65 по таблицам 4, 5 [2]:

R₀=262.5кПа, C_n=31кПа, φ=24⁰, Е=22МПа.

3.4 Расчет основания по деформациям

Задача расчета по деформациям состоит в том, чтобы не допустить такие деформации основания, при которых нарушается нормальная эксплуатация надземных конструкций. Основное условие расчета определяется выражением:

SS_u (3.18)

где: S – совместная деформация основания и сооружения, определяемая расчетом;

S_u – предельное допустимое значение деформации основания, определяемое по таблице 19[1].

Осадка основания S с использованием расчетной схемы в виде линейно-деформируемого полупространства определяется методом послойного суммирования по формуле

, (3.19)

где =0,8 – безразмерный коэффициент;

_{zp, i} – среднее напряжение в i-ом слое;

h_i – толщина i-го слоя;

E_i – модуль деформации i-го слоя грунта.

Нижняя граница сжимаемой толщи основания принимается на глубине Z=H_c от подошвы фундамента, где выполняется условие

_zp= 0,2_zq (3.20)

Вертикальные природные напряжения _zq на некоторой глубине Z от поверхности грунта определяют по формуле

, (3.21)

где _i – удельный вес грунта i-го слоя;

h_i – толщина i-го грунта;

n – число слоев грунта в пределах глубины Z. Удельный вес грунтов залегающих ниже уровня подземных вод, но выше водоупора, должен приниматься с учетом взвешивающего действия воды, т.е.

(3.22)

где _si, e_i – соответственно удельный вес частиц грунта и коэффициент пористости i-го слоя грунта;

_=10 кН/м³ – удельный вес воды.

Дополнительные вертикальные напряжения от внешней нагрузки определяют по формуле

_zp=P₀ (3.23)

где Р₀=Р_ср-_zg,0 – дополнительное вертикальное давление на основание;

Р_ср – среднее давление под подошвой фундамента;

_zg,0 – вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента;

 - коэффициент, учитывающий уменьшение дополнительных напряжений по глубине. Значения  приведены в таблице 20[1].

Определим осадку стаканного фундамента шириной 1,8м, среднее давление по подошве фундамента Р_ср= 205,81 кПа, глубина заложения — 1,5м. Инженерно-геологические условия в соответствии с инженерно–геологическим разрезом (смотри графическую часть), физико-механические характеристики грунта в соответствии с данными, полученными после уплотнения лёссового грунта тяжёлыми трамбовками и устройстве под подошвой фундамента песчаной подушки.

Строим эпюру распределения вертикальных напряжений от собственного веса в пределах глубины 6b =6 1,8м =10,8м ниже подошвы фундамента согласно формуле (20). Толщу грунта ниже подошвы фундамента разбиваем на слои:

В результате уплотнения слоя лёссового грунта глубиной 3,4м получили слой суглинка твёрдого пористостью =0,65; устройство песчаной подушки под подошвой фундамента выполнено из песка средней крупности высотой 3м, для которого e=0.65, ρ=1,81т/м³.

Вертикальное напряжение от собственного веса грунта определим по формуле:

σ_zq = Σ γ_i · h_i; (3.24)

- под подошвой фундамента:

σ_zq0 = 15,1·1,5 = 22,65 кПа 0,2σ_zq0 = 4,53 кПа

- на подошве песка средней крупности:

σ_zq1= 22,65+18,1 ·3 = 76,95кПа 0,2σ_zq1 =15,39 кПа

- на подошве суглинка твердого:

σ_zq2= 76,95+15,1 ·3,9 = 135,84 кПа 0,2σ_zq2 = 27,168 кПа

- на уровне грунтовых вод:

σ_zq3 = 135,84 +17,8 ·1=153,64 кПа 0,2σ_zq3 = 30,728 кПа

- на подошве суглинка мягкопластичного с учётом взвешивающего действия воды:

σ_zq4 =153,64 +=164,38 кПа 0,2σ_zq4 = 32,876 кПа

- на подошве суглинка текучепластичного с учётом взвешивающего действия воды:

σ_zq5 =164,38 +=201,71 кПа 0,2σ_zq5 = 40,342 кПа

- на подошве суглинка тугопластичного с учётом взвешивающего действия воды:

σ_zq6 =201,71 +=221,36 кПа 0,2σ_zq6 = 44,27 кПа

Определяем дополнительное (к природному) вертикальное напряжение в грунте под подошвой фундамента:

σ_zр0 = Р_ср— σ_zq0 = 205.81 — 22.65 = 183.16кПа (3.25)

Далее строим эпюру распределения дополнительных (к боковому) вертикальных напряжений в грунте по формуле (3.16), где  определяем в зависимости от Чтобы избежать интерполяции зададимсяz = h_i.

Вычисления сведем в таблицу 3. Осадку определим по формуле (3.12) в пределах сжимаемой толщи, т.е. до точки пересечения эпюр _Zpi =0,2_Zqi. Эпюры _Zqi , 0,2_Zqi и _Zpi показаны в графической части.

Таблица 3— К расчету осадки фундамента мелкого заложения под стакан

№ п/п	Наименование грунта	ℓi м	σzqi кПа	0,2·σzqi кПа	hi м	zi м	ξi	α	σzpi кПа	Si м
1	Песок средней крупности Е = 30 МПа	3,0	22,65 35,682 48,71 61,74 74,77 76,95	4,53 7,14 9,74 12,35 14,95 15,39	0 0,72 0,72 0,72 0,72 0,12	0 0,72 1,44 2,16 2,88 3,00	0 0,8 1,6 2,4 3,2 3,33	1 0,840 0,517 0,313 0,201 0,190	183,6 154,22 94,92 54,47 36,9 34,88	- 0,0032 0,0024 0,0014 0,00088 0,00022
2	Суглинок твердый Е=22МПа	3,4	86,01 96,88	17,2 19,38	0,6 0,72	3,6 4,32	4 4,8	0,139 0,1	25,52 18,36	0,00093 0,00084

_Zpi =0,2_Zqi при z=4,2414м.

Суммируем осадку в пределах сжимаемой толщи H_l=4,2414м.

S_i=0,0032+0,0024+0,0014+0,00088+0,00022+0,00093+0,0084=0,00987м=0,987см

S_u=8см.

Следовательно, основное условие расчета по 2-ой группе предельных состояний удовлетворяется.