новая папка 1 / 231759
.pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Оренбургский государственный университет»
Кафедра строительных конструкций
Д.А. Украинченко, В.П. Перов
РАСЧЕТ ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ ПО ДЕФОРМАЦИЯМ С УЧЕТОМ ПРОСАДКИ ГРУНТОВ
Рекомендовано к изданию Редакционно-издательским советом федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Оренбургский государственный университет» в качестве методических указаний для студентов, обучающихся по программам высшего профессионального образования
по направлению подготовки 270800.62 Строительство
Оренбург
2013
УДК 624.13 ББК 38.58 У45
Рецензент - кандидат технических наук И. С. Иванов
Украинченко Д.А.
У45 Расчет оснований и фундаментов по деформациям с учетом просадки грунтов: методические указания к выполнению расчетно-графической работы по дисциплине «Проектирование фундаментов в региональных грунтовых условиях»/ Д.А. Украинченко, В.П.Перов; Оренбургский гос. ун-т. - Оренбург: ОГУ, 2013 – 18 с.
Методические указания предназначены для выполнения курсового проекта по дисциплине «Основания и фундаменты» для студентов всех форм обучения направления подготовки 270800.62 Строительство.
УДК 624.13 ББК 38.58
Украинченко Д.А. Перов В.П., 2013
ОГУ, 2013
2
Содержание
Введение ............................................................................................................................. |
4 |
||
1. |
Основные характеристики просадочных грунтов...................................................... |
5 |
|
1.1 |
Сущность и природа просадочности грунтов .......................................................... |
5 |
|
1.2 |
Показатели и критерии просадочности..................................................................... |
6 |
|
2. |
Развитие просадочных деформаций по глубине ........................................................ |
8 |
|
3. |
Расчет ожидаемой просадки......................................................................................... |
11 |
|
4. |
Примеры расчетов ......................................................................................................... |
12 |
|
4.1 |
Общие исходные данные ............................................................................................ |
12 |
|
4.2 |
Определение просадки грунтов от собственного веса грунта и типа грунтовых |
||
условий по просадочности ............................................................................................... |
13 |
||
4.3 |
Определение просадки грунтов основания фундаментов....................................... |
15 |
|
Литература ......................................................................................................................... |
18 |
3
Введение
Проблема проектирования, и строительства зданий и сооружений на про-
садочных грунтах является одной из наиболее актуальных в фундаментостроении на сегодняшний день. Данное обстоятельство обусловлено широким распространением просадочных грунтов, неизбежным повышением стоимости строительства при учете просадочных деформаций, возникающими иногда недопустимыми деформациями в конструкциях зданий и сооружений при недостаточно полном учете просадочных деформаций.
К просадочным грунтам относятся лессы, лессовидные супеси, суглинки и глины, некоторые виды покровных суглинков и супесей, а также в отдельных случа-
ях мелкие и пылеватые пески с повышенной структурной прочностью.
Просадочные грунты широко распространены на значительной части террито-
рии Украины, республик Средней Азии, Казахстана, Северного Кавказа, Поволжья,
Восточной и Западной Сибири.
Значительные площади заняты лессовыми грунтами в Румынии, Венгрии,
Болгарии, Югославии, Испании, Индии, Китае, Иране, Афганистане, странах Север-
ной Африки, Южной Америки, США и др.
Просадочные грунты распространены и на территории Оренбургской области,
в частности в районах, непосредственно прилегающих к городу Оренбургу.
Недостаточный учет специфических свойств лессовых грунтов при проекти-
ровании и возведении зданий и сооружений приводит к авариям и повреждениям,
требующим дорогостоящих мероприятий по усилению несущих конструкций или делающим невозможной дальнейшую эксплуатацию зданий или сооружений.
С другой стороны, проекты фундаментов, обеспечивающие нормальную экс-
плуатацию зданий и сооружений, оказываются дорогостоящими. В частности, в
грунтах с высокой просадочностью стоимость фундаментов может приближаться к стоимости надземной части, что заставляет проектировщиков отказываться от пло-
щадок, сложенных такими грунтами, из экономических соображений.
Проблема, таким образом, заключается в обеспечении надежной работы со-
4
оружения при одновременном повышении экономичности фундаментов, что невоз-
можно выполнить без всестороннего изучения особенностей просадочных грунтов.
В предлагаемой работе рассматриваются основные характеристики просадоч-
ных грунтов и методы определения просадочных деформаций.
При подготовке настоящих указаний предполагается, что студенты уже зна-
комы с основными принципами расчета и проектирования оснований и фундамен-
тов, поэтому некоторые положения приводятся со ссылками на литературу без до-
полнительных пояснений.
1 Основные характеристики просадочных грунтов
1.1 Сущность и природа просадочности грунтов
Отличительная особенность просадочных грунтов заключается в их способно-
сти, находясь в напряженном состоянии от воздействия внешней нагрузки от фун-
дамента или от собственного веса вышележащих слоев грунта при повышении влажности (замачивании), давать дополнительную осадку. Деформация грунта, обу-
словленная замачиванием под нагрузкой, при которой происходит резкое изменение структуры грунта, называется просадкой. Просадка грунтов при замачивании может достигать 1,0 м.
Просадочность грунтов обуславливается особенностями процесса формирова-
ния и существования толщ этих грунтов, в результате чего они находятся в недоуп-
лотненном состоянии, что выражается плотностью грунта в сухом состоянии в пре-
делах 1,2-1,5 т/м3.
Просадка грунта - это сложный физико-химический процесс.
Основным его проявлением является уплотнение грунта за счет перемещения и более компактной укладки отдельных частиц и их агрегатов, благодаря чему по-
нижается общая пористость грунта и наоборот, не повышается плотность сложения.
При повышении влажности ослабляются цементационные карбонатные связи между частицами. Кроме того, пленки воды, играя роль связи, облегчают скольже-
5
ние частиц и содействуют более плотной их укладке под воздействием давления.
Таким образом, необходимыми условиями для проявления просадки грунта
являются:
-наличие нагрузки от собственного веса грунта или фундамента, способной при увлажнении преодолевать силы связности грунта;
-достаточное увлажнение.
При наличии этих двух факторов и происходит просадка грунта.
1.2 Показатели и критерии просадочности
Просадочностью грунтов и возможность ее проявления оценивается по пока-
зателям н критериям просадочности.
Показатели просадочности определяют склонность грунтов к просадкам и представляют собой совокупность характеристик грунтов, от которых зависит их просадочность, но нельзя определить количественную величину возможной проса-
дочности грунта.
Одним из показателей, определяющим склонность лессовых грунтов к просад-
кам, является степень влажности. Считается, что при степени влажности Sr<0,8 пы-
левато-глинистые грунты могут быть просадочными.
Вторым показателем является показатель просадочности:
I |
|
|
еL - е |
, |
(1) |
|
ss |
|
|||||
|
1 |
е |
|
|
||
|
|
|
|
где е - коэффициент пористости грунта природного сложения и влажности;
еL- коэффициент пористости, соответствующий влажности на границе те-
кучести WL, определяющийся по формуле:
е |
|
|
WL s |
, |
(2) |
L |
|
||||
|
|
w |
|
||
|
|
|
|
где s - плотность твердых частиц грунта;
w - плотность воды, принимается равной 1,0 т/м3 .
6
К просадочным относятся пылевато-глинистые грунты, для которых при чис-
ле пластичности 1,01<Ip<0,1; 0,1 < Ip < 0,14; 0,14< Ip < 0,22 показатель просадочно-
сти Iss соответственно меньше 0,1; 0,17 и 0,24.
Критерии просадочности связаны с внешними воздействиями, при опеделен-
ных величинах которых, возможно развитие просадки грунтов.
Критериями просадочности являются начальное просадочное давление РSL и
начальная просадочная влажность WSL. Критерии просадочности тесно связаны ме-
жду собой и при комплексном рассмотрении их вместе с относительной просадоч-
ностью SL дают достаточно полную характеристику просадочных грунтов.
Относительная просадочностъ представляет собой отношение изменения толщины слоя грунта при его замачивании под заданным давлением к его первона-
чальной толщине в природном залегании и равняется:
|
|
|
hn.p - hsat.p |
, |
(3) |
|
SL |
hn.q |
|||||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
где hn.р – высота образца грунта природной влажности, обжатого заданным давлением, мм;
hn.g – высота образца грунта природной влажности, обжатого давлением,
равным природному, мм;
hsat p – высота того же образца грунта после пропуска через него воды при сохранении давления, мм.
Грунт с SL 0,01 рассматривается как практически непросадочный.
Начальное просадочное давление РSL представляет собой минимальное давле-
ние от фундамента или собственного веса грунта, при котором начинает проявляться при помощи водонасыщении просадка грунта. По своей сущности это давление, нару-
шающее природную структурную прочность грунта в водонасыщенном состоянии, в
результате чего фаза нормального уплотнения переходит в фазу просадки, сопровож-
дающуюся перестройкой структуры грунта и интенсивным уплотнением.
За величину начального просадочного давления, по результатам компрессион-
ных испытаний, принимается давление, при котором относительная просадочность
7
SL = 0,01 т.е. та величина, ниже которой грунты считаются непросадочными.
Начальная просадочная влажность WSL – это влажность, при которой проса-
дочные грунты, находящиеся под нагрузкой от фундаментов или собственного веса грунта, начинают проявлять просадочные свойства.
Начальная просадочная влажность тесно связана с начальным просадочным давлением. Каждому давлению на грунт соответствует определенная величина влажности, при которой начинает проявляться просадка.
Величина начального просадочного давления и начальной просадочной влаж-
ности имеют важное практическое значение для проектирования зданий и сооруже-
ний на лессовых просадочных грунтах. Эти показатели используются для расчета просадки при замачивании просадочной толщи: для определения величины давле-
ния на просадочный грунт, при котором просадка от нагрузки фундаментов будет отсутствовать; для назначения необходимой глубины устранения просадочных свойств и т.д.
Просадка лессовых грунтов проявляется только в тех случаях, когда суммар-
ное давление от фундамента и собственного веса грунта превышает начальное про-
садочное давление. При давлении меньше величины начального просадочного дав-
ления и при влажности меньше начальной просадочной влажности, просадка от соб-
ственного веса грунта и нагрузки от фундамента отсутствует.
2 Развитие просадочных деформаций по глубине
При расчете общей величины ожидаемых деформаций суммируются: просад-
ки, получаемые от давления по подошве фундамента, с просадками от собственного веса грунта и обычная осадка.
Если известно начальное просадочное давление, то можно графически опре-
делить границы областей зон деформаций.
В общем случае просадки по глубине характеризуются наличием трех харак-
терных зон (рисунок 1):
1 - верхняя зона просадки, в пределах которой происходит просадка грунта под совместным действием нагрузки от фундамента и собственного веса грунта. Она
8
распространяется от подошвы фундамента до глубины, на которой вертикальные напряжения от нагрузки фундамента (σzp) и собственного веса грунта (σzq), равняются величине просадочного давления РSL, т.e. σzp + σzq = РSL ;
2 - нейтральная или пассивная зона, в которой деформации грунта при замачи-
вании практически отсутствуют, так как суммарные напряжения от собственного веса грунта (σzq) и нагрузки фундамента (σzp) в ней меньше величины начального просадочного давления, т.е. σzq + σzp < РSL;
3 - нижняя зона просадки, в пределах которой происходит просадка грунта от его собственного веса. Начинается она с глубины, где вертикальные напряжения от собственного веса грунта равняются начальному просадочному давлению (σzq = РSL)
и заканчивается на нижней границе просадочной толщи
Рисунок 1- Зоны деформаций просадочного грунта в основании
(общий случай)
В зависимости от давления, передаваемого подошвой фундамента на грунт, и
толщины слоя просадочного грунта из общего случая могут быть выделены различ-
9
ные частные случаи:
а - при относительно небольшом значении начального просадочного давления нейтральная зона может отсутствовать, просадки грунта от собственного веса могут возникать уже на нижней границе; верхней зоны просадки (верхняя и нижняя зоны просадки сливаются);
б - при сравнительно небольшой мощности просадочной толщи и достаточно высоком значении начального просадочного давления, может отсутствовать нижняя зона просадки, т.е. - просадки грунта от собственного веса нет;
в - при сравнительно небольших внешних нагрузках может отсутствовать верхняя зона просадки, т.е. просадка будет происходить только от собственного веса грунта в пределах нижней зоны просадки.
Общий характер просадки грунтов наблюдается в тех случаях, когда фунда-
мент возводят на естественном основании. При подготовке оснований путем уплот-
нения просадочных грунтов тяжелыми трамбовками, устройства грунтовых поду-
шек, закреплении верхнего слоя грунта при вытрамбовывании котлованов или сни-
жении давления на грунт до величины начального просадочного давления, общий случай деформации грунтов переходит в частный случай «в».
Грунтовые условия строительных площадок в зависимости от возможности проявления просадки грунтов от собственного веса при их замачивании подразде-
ляются на два типа:
I тип - толщина просадочных грунтов, в которых просадки грунта от их собст-
венного веса отсутствуют, или возможные величины просадки не превышают 5см,
причем просадка грунта происходит в основном в пределах верхней зоны;
II тип - это толщи просадочных грунтов, в которых величина просадок от соб-
ственного веса грунта превышает 5 см.
Деление грунтовых толщ на типы по просадочности является чрезвычайно важным методологическим приемом, определяющим подход к проектированию и возведению зданий и сооружений на просадочных грунтах. От правильного опреде-
ления типа грунтовых условий во многом зависит надежное существование проек-
тируемых объектов в процессе строительства и эксплуатации.
10