Механика грунтов

 На осадку основания влияет толща грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента, определённой мощности hсж – мощности сжатия, которая  подлежит определению.

 Нижняя граница сжимаемой  толщи (НГСТ) находится на глубине hсж, где дополнительные напряжения от сооружения sz составляют 50% от природного напряжения в основании sпр. Если найденная, по указанным выше условиям, нижняя граница сжимаемой толщи находится в слое грунта с модулем деформации Е ≤ 7 МПа или такой слой залегает непосредственно ниже глубины hсж, то этот слой включают в сжимаемую толщу, а за hсж принимают глубину, где выполняется условие σz = 0,2 σпр.

Сжимаемую толщу делят на элементы, толщина которых Dhi не должна превышать 0,4b, где b – ширина фундамента

Осадку основания определяют путем суммирования осадок по элементам слоёв:

                                                     (11)

где b – безразмерный коэффициент, равный 0,8; si – среднее дополнительное вертикальное напряжение в i-ом слое грунта от веса сооружения и действующих нагрузок, кПа; hi и Ei – соответственно толщина и модуль деформации i-го слоя грунта; n –  число слоев, на которое разбита сжимаемая толща основания.

Напряжение от давления, создаваемого сооружением, под центром подошвы фундамента на глубине z от его подошвы вычисляется по формуле

        ,                                              (12)

где a – коэффициент, учитывающий затухание напряжений по глубине              основания, принимается по прил. 4; рос – напряжение на уровне подошвы фундамента, определяют по формуле

,                                         (13)

где N – вертикальная нагрузка на уровне подошвы фундамента, кН (табл. 2); А=l∙b – площадь подошвы фундамента; – удельный вес грунта, лежащего выше подошвы фундамента, кН/м3; hi – мощности слоёв, лежащих выше подошвы фундамента, м; n – количество слоёв, лежащих выше подошвы фундамента.

Скважина №1:

 

= 80.21 кПа

 

Скважина №2:

 

= 80.21 кПа

Природное напряжение на глубине от дневной поверхности вычисляют по формуле

                                                     ,                                          (14)

где gi  и hi – соответственно удельный вес и толщина каждого слоя грунта.

При расчете природного давления грунтов, расположенных ниже уровня подземных вод, необходимо учитывать взвешивающее действие воды. В этом случае вместо используют .

При определении природного давления на кровле слоя водонепроницаемого грунта (глина, суглинок твердые и полутвердые) необходимо учитывать дополнительное гидростатическое давление , определяемое по формуле (рис. 1):

                                                     ,                                               (15)

где – удельный вес воды, кН/м3 ( кН/м3).

После этого строят эпюры и (рис. 1) и находят НГСТ, т.е горизонт, ниже которого соблюдается условие .

 

Таблица 6

Расчет осадки фундамента

 

Скважина №1:

z,м	nz		,кПа
0	0	1	80.21
0.2	0.14	0.990	79.41
0.8	0.57	0.919	73.71
1.8	1.28	0.652	52.30
2.8	2.0	0.336	26.95
3.8	2.71	0.214	17.16
4.6	3.28	0.203	16.28
5.5	3.93	0.150	12.03
6.0	4.28	0.129	10.35

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Скважина №1:

 

z,м	i кН/м3	hi, м	I ,кПа
2.0	19.42	2.0	38.84
2.2	19.42	0.2	42.72
2.8	19.62	0,6	54.49
6.6	9.99	3.8	92.45
8.0	9.38	1.4	105.58

 

 

 

 

 

 

 

Скважина №2:

z,м	nz		,кПа
0	0	1	80.21
0.8	0.57	0.919	73.71
1.6	1.14	0.707	56.71
2.6	1.86	0.455	36.49
3.4	2.43	0.320	25.67
4.2	3.0	0.235	18.85
5.1	3.64	0.170	13.63
6.0	4.28	0.130	10.43

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Скважина №2:

 

z,м	i кН/м3	hi, м	I ,кПа
2.0	19.42	2.0	38.84
2.8	19.62	0.8	54.54
6.2	9.99	3.4	88.51
8.0	9.09	1.8	104.87

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Скважина №1:

 

S=S1+S2=0.0012+0.0196=0.0208м

 

Скважина №2:

 

S=S1+S2+S3 =0+0.0152+0.0003=0.0155м

Осадки запроектированного основания должны удовлетворять условию [3]:

                                                            ,                                                    (16)

где S – совместная деформация основания и сооружения, определяемая  по формуле (11); Su – предельное значение совместной деформации основания и сооружения (прил. 4, табл. П.4.2).

Относительная разность осадок основания должна быть не более предельной деформации (прил. 4, табл. П.4.2):

                                                         ,                                            (17)

где – разность осадок основания по оси скважин С-1 и С-2, м; L – расстояние между фундаментами, м.

 

 

=0.002м

 

По результатам расчетов инженерно-геологические условия площадки строительства соответствует области применения типового проекта. Условия Площадки строительства сооружений, относятся к производственным и гражданским одноэтажным зданиям с полным железобетонным каркасом.

 

 

 

 

5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ  ОСАДКИ ОСНОВАНИЯ ВО ВРЕМЕНИ

Конечные осадки фундаментов и их разности не всегда дают полное представление о влиянии деформаций основания на сохранность сооружения в процессе постройки и эксплуатации. Для того чтобы это влияние учесть полностью, нужно знать осадки фундаментов во времени.

Необходимость определения осадок фундаментов во времени может быть пояснена следующим простым примером. Предположим, что два соседних фундамента, впоследствии перекрываемые балкой, имеют одинаковые размеры и возводятся на грунтах, имеющих равные модули деформации. Но в основании первого фундамента залегают песчаные грунты, а в основании второго – глинистые. Конечные осадки и первого и второго фундаментов в таких условиях будут одинаковы, а разность конечных осадок будет равна нулю. Но осадка фундамента на глинистых грунтах будет протекать значительно медленнее, чем осадка фундамента на песчаных грунтах. В какой-то момент времени разность осадок фундаментов будет наибольшей. Если эта разность превысит допустимую величину, то нормальная эксплуатация данного сооружения будет нарушена, хотя разность конечных осадок и равна нулю.

Неодинаковая скорость осадок фундаментов может быть обусловлена не только неоднородностью грунтовых условий, но также различием размеров и формы фундаментов.

Если в пределах сжимаемой толщи залегают несколько слоёв грунта, исключая песчаные грунты, с различной сжимаемостью и водопроницаемостью, то кривая осадки фундамента во времени может быть приближённо найдена, по предложению Н.А. Цытовича, исходя из осреднённых значений модуля деформации и коэффициента фильтрации в пределах сжатия грунтов. Среднее значение модуля сжатия можно получить, приравнивая осадку многослойной толщи со средним модулем деформации:

.

где - площадь криволинейной эпюры уплотняющих давлений от инженерного сооружения в пределах сжимаемой толщи (за исключением сжимаемой толщи песка); - конечная осадка основания, за исключением осадки песчаных слоёв.

 

Средний коэффициент фильтрации в пределах определяется по формуле:

,

где и - толщина и коэффициент фильтрации отдельного ИГЭ глинистого грунта в пределах сжимаемой толщи (за исключением песчаных слоёв).

 

Вычисляем коэффициент консолидации :

Дальнейший расчёт ведётся, как для однородного слоя грунта.

Осадка основания в данный момент времени от начала приложения нагрузки определяется выражением

где - полая (конечная) осадка фундамента, полученная в 4 разделе, за исключением осадки песчаных слоёв; - коэффициент степени (времени) консолидации, который изменяется от 0 до 1.

 

 коэффициент степени (времени) консолидации является  функцией показателя фактора  времени консолидации грунта  , который определяется по формуле

где и - показатели фактора времени консолидации грунта, соответствующие прямоугольной и треугольной эпюрам уплотняющих давлений ; - интерполяционный коэффициент, значения которого зависят от отношения крайних ординат трапецеидальной эпюры

 

 

 

Таблица 7

Показатели фактора времени

консолидации грунта

и

 

0,10	0,02	0,005
0,20	0,08	0,020
0,30	0,17	0,06
0,40	0,31	0,13
0,50	0,49	0,24
0,60	0,71	0,42
0,70	1,00	0,69
0,80	1,40	1,08
0,90	2,09	1,77
0,95	2,80	2,54

 

Таблица 8

Интерполяционный коэффициент

 

1,0	1	5,0	0,39
1,5	0,83	6,0	0,34
2,0	0,71	7,0	0,30
2,5	0,62	8,0	0,27
3,0	0,55	9,0	0,25
3,5	0,50	10,	0,23
4,0	0,45	12,0	0,20
4,5	0,42	15,0	0,17
		20,0	0,13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Скважина №1:

 

U	I	N1	N2	N
0.10	0.409	0.02	0.005	0.0111
0.20		0.08	0.020	0.0445
0.30		0.17	0.06	0.1050
0.40		0.31	0.13	0.2036
0.50		0.49	0.24	0.3422
0.60		0.71	0.42	0.5386
0.70		1.00	0.69	0.8168
0.80		1.40	1.08	1.2109
0.90		2.09	1.77	1.9009
0.95		2.80	2.54	2.6463

 

Скважина №2:

 

U	I	N1	N2	N
0.10	0.422	0.02	0.005	0.0113
0.20		0.08	0.020	0.0453
0.30		0.17	0.06	0.1064
0.40		0.31	0.13	0.2060
0.50		0.49	0.24	0.3455
0.60		0.71	0.42	0.5424
0.70		1.00	0.69	0.8208
0.80		1.40	1.08	1.2150
0.90		2.09	1.77	1.9050
0.95		2.80	2.54	2.6497