Курсова работа по механике грунтов и оснований 2023г
.pdfМинистерство образования Республики Беларусь Учреждение образования "Полоцкий государственный университет
имени Евфросинии Полоцкой"
Инженерно - строительный факультет Кафедра "Строительные конструкции"
КУРСОВАЯ РАБОТА
подисциплине "Механика грунтов,основания и фундаменты"
тема "Проектирование фундаментов и расчет оснований"
Исполнитель: |
студент ИСФ, группа 20-ПГСзс-2 |
БойкоР.В.
Руководитель: |
Кремнев А.П. |
Новополоцк 2023
Министерство образования Республики Беларусь Учреждение образования "Полоцкий государственный университет
имени Евфросинии Полоцкой"
Инженерно - строительный факультет Кафедра "Строительные конструкции"
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА к курсовой работе
подисциплине "Механика грунтов,основания и фундаменты"
тема "Проектирование фундаментов и расчет оснований"
Исполнитель: |
студент ИСФ, группа 20-ПГСзс-2 |
БойкоР.В.
Руководитель: |
Кремнев А.П. |
Новополоцк 2023
|
Содержание |
|
Введение.......................................................................................................................................... |
4 |
|
1 |
Определение расчетных характеристик физического состояния грунтов.................................. |
5 |
2 |
Анализ гранулометрического состава песчаных грунтов............................................................ |
6 |
3 Классификация грунтов по СТБ 943-2007................................................................................... |
7 |
|
4 |
Определение нормативных и расчетных значений прочностных и деформационных |
|
характеристик грунтов по данным динамического зондирования....................................................... |
8 |
|
5 |
Построение инженерно-геолоического разреза............................................................................ |
12 |
6 |
Определение глубины заложения и подборразмеров подошвы фундаментов по |
|
расчетному сопротивлению.................................................................................................................... |
12 |
|
6.1 Назначение глубины заложения подошвы фундамента........................................................... |
13 |
|
6.1.1Глубина заложения фундаментов в зависимости от конструктивных особенностей |
|
|
проектируемого сооружения................................................................................................................... |
13 |
|
6.1.2Глубина заложения фундаментов в зависимости от инженерно-геологических |
|
|
условий площадки................................................................................................................................... |
13 |
|
6.1.3 Глубина заложения фундаментов в зависимости от глубины сезонного промерзания |
|
|
грунтов..................................................................................................................................................... |
13 |
|
6.2 Подбор размеров подошвы фундамента по расчетному сопротивлению................................ |
14 |
|
6.2.1 Назначение предварительных размеров подошвы фундамента............................................ |
14 |
|
6.2.2 Определение расчетного сопротивления грунта.................................................................... |
15 |
|
6.2.3 Проверка давления под подошвой фундамента..................................................................... |
16 |
|
7 |
Определение осадки фундамента методом послойного суммирования..................................... |
17 |
7.1 Вычисление значений природного давления под центром фундамента................................. |
17 |
|
7.2 Эпюра дополнительного давления под центром подошвы фундамента.................................. |
17 |
|
8 |
Определение несущей способности сваи табличным методом................................................. |
20 |
9 |
Определение несущей способности сваипо данным динамического |
|
зондирования........................................................................................................................................... |
22 |
|
10 Определение осадки свайного фундамента............................................................................... |
24 |
|
Список использованных источников............................................................................................... |
27 |
3
Введение
Цель данной курсовой работызакрепить теоретические знания по дисциплине "Механика грунтов, основания и фундаменты",выработать практические навыки самостоятельной работы, умение пользоваться справочной и нормативной литературой.
Курсовая работа включает разделы:
1.Определение расчетныхзначений характеристик физического состояния грунта;
2.Анализ результатов гранулометрическогосостава песчаных грунтов;
3.Классификация грунтов поСТБ 943-2007;
4.Определение нормативных и расчетных значений прочностных и деформационных характеристик грунтов по данным динамическогозондирования;
5.Построение инженерно-геологическогоразреза;
6.Определение глубины заложения и подборразмеров подошвы фундаментов порасчетному сопротивлению;
7.Определение осадки фундамента методом послойногосуммирования;
8.Определение несущей способности сваитабличным методом;
9.Определение несущей способности сваипо данным динамического зондирования;
10.Определение осадки свайногофундамента.
Перед выполнением курсовой работы был изучен теоретический материалпо соответствующим разделам данной дисциплины.
4
1. Определение расчетныххарактеристик физическогосостояния грунтов
Расчетные характеристики служат для оценки физическогосостояния и определения типа,вида и разновидности грунтов согласноСТБ 943-2007. Расчеты выполняются для каждого слоя.
Для исходных данных,приведенных в таблице 1, определим физико-механические свойства грунтов.
№слоя |
Грунт воды |
S |
|
|
W |
|
Wp |
|
WL |
Pd |
|
1 |
0,5 |
|
2,62 |
|
1,94 |
|
0,2 |
- |
|
- |
3,8 |
2 |
- |
|
2,68 |
|
2,12 |
|
0,15 |
|
0,13 |
0,19 |
3,2 |
3 |
- |
|
2,7 |
|
2,17 |
|
0,13 |
|
0,12 |
0,25 |
4,8 |
Для оценки физического состояния и определения типа,вида и разновидности грунта определяются следующие характеристики грунта:
1. Плотность сухого грунта (скелета грунта):
Для первого слоя: ρd1 |
|
|
ρ1 |
|
1.94 |
|
|
|
|
3 |
||||||
= |
|
|
|
= |
|
|
|
= 1.617 |
г/см |
|||||||
|
|
|
1 + 0.2 |
|||||||||||||
|
|
1 + W1 |
|
|
|
|
|
|||||||||
Для второго слоя: ρd2 |
|
|
|
ρ2 |
|
2.12 |
|
|
|
3 |
||||||
= |
|
|
|
= |
|
|
|
= 1.843 |
г/см |
|||||||
|
|
|
1 + 0.15 |
|||||||||||||
|
|
|
1 + W2 |
|
|
|
|
|
||||||||
Для третьего слоя: ρd3 |
|
|
ρ3 |
|
2.17 |
|
|
|
3 |
|||||||
= |
|
|
|
|
= |
|
|
= 1.92 |
г/см , |
|||||||
1 + W3 |
1 + 0.13 |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
где ρ - плотность грунта (г/см3),
W- природная влажность грунта (в долях единицы).
2. Коэффициент пористости грунта природного сложения и влажности:
Для первого слоя: e1 = |
|
|
ρs1 − ρd1 |
|
= |
|
2.62 − 1.617 |
= 0.621 |
|||||
|
|
|
ρd1 |
1.617 |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Для второго слоя: e2 = |
|
ρs2 − ρd2 |
|
= |
2.68 − 1.843 |
|
= 0.454 |
||||||
|
|
ρd2 |
1.843 |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Для третьего слоя: e3 |
= |
|
ρs3 − ρd3 |
= |
|
|
2.7 − 1.92 |
|
= 0.406 , |
||||
|
ρd3 |
1.92 |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
где ρs - плотность твердых частиц грунта (г/см3).
3. Степень влажности (коэффициент водонасыщенности):
Для первого слоя: Sr1 = |
W1 ρs1 |
|
= |
|
0.2 2.62 |
|
= 0.844 |
|||||
e1 ρw |
0.621 |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Для второго слоя: Sr2 = |
|
W2 ρs2 |
|
= |
|
0.15 2.68 |
= 0.886 |
|||||
|
e2 ρw |
|
0.454 |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Для третьего слоя: Sr3 = |
|
W3 ρs3 |
= |
|
0.13 2.7 |
|
= 0.865 , |
|||||
|
e3 ρw |
0.406 |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
где ρw = 1 г/см3 - плотность воды.
Для пылевато-глинистых грунтов дополнительно определяем число пластичности и показатель текучести (для первогои третьего слоев).
4. Числопластичности:
Для второго слоя: Ip2 = WL2 − Wp2 = 0.19 − 0.13 = 0.06
5
Для третьего слоя: Ip3 = WL3 − Wp3 = 0.25 − 0.12 = 0.13 ,
где WL - влажность на границе текучести, Wp - влажность на границе раскатывания.
5. Показатель текучести:
Для второго слоя: I |
= |
|
W2 − Wp2 |
= |
0.15 − 0.13 |
|
= 0.333 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
||||
L2 |
|
|
Ip2 |
|
0.06 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
||||
Для третьего слоя: |
I |
= |
|
W3 − Wp3 |
= |
|
0.13 − 0.12 |
= 0.077 |
||
|
|
|
|
|
|
|||||
|
L3 |
|
|
Ip3 |
|
0.13 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
Результаты расчета сводим в таблицу4.
2. Анализ гранулометрическогосостава песчаных грунтов
Для первого слоя,поскольку он является песчаным, проводим анализ гранулометрического состава грунта. Исходные данные приведены в таблице 2.
Таблица 2.
Содержание фракций (%), диаметром d, мм
>10 |
10 --5 |
|
--5 2 |
|
--2 1 |
|
--1 0.5 |
|
--0.5 0.25 |
--0.25 0.1 |
<0.1 |
|
0 |
|
1,6 |
|
3,8 |
|
4,4 |
|
4,6 |
19,23 |
53,57 |
|
12,8 |
Необходимо поСТБ 943-07определить вид песка по гранулометрическому составу и по показателю максимальной неоднородности Umax.
Анализ гранулометрическогосостава песка удобнее проводить в табличной форме (табл. 3). Таблица 3.
|
Содерж |
|
|
|
Диаметр фракций, мм |
|
|
|
|
|
|
||
№ п.п |
20 |
10 |
5 |
2 |
1 |
|
0,5 |
|
0,25 |
0,1 |
0,05 |
Сумма |
|
фракций |
|
|
Логарифм диаметра фракций log(d) |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
1,3 |
1 |
0,7 |
0,3 |
0 |
|
-0,3 |
|
-0,6 |
-1 |
-1,3 |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
8 |
|
9 |
10 |
11 |
12 |
1 |
Сод фр, % |
0 |
0 |
1,6 |
3,8 |
4,4 |
|
4,6 |
|
19,23 |
53,57 |
12,8 |
100 |
2 |
Сум>d,% |
0 |
0 |
1,6 |
5,4 |
9,8 |
|
14,4 |
|
33,63 |
87,2 |
100 |
|
3 |
Сум<d,% |
100 |
100 |
98,4 |
94,6 |
90,2 |
|
85,6 |
|
66,37 |
12,8 |
0 |
|
По данным строки 3 строитсякривая однородност грунта (рисунок 1).
Рис.1 - Кривая однородности грунта
6
Согласно таблице 5.2 СТБ 943-2007, данный слой грунта песчаный, так как в гранулометрическом составе масса частиц крупнее 2мм менее 50% (5.4%). По гранулометрическомусоставумелкий, так как масса частиц крупнее 0.1мм более 75% (87.2%).
Графически определяем значения:
logd95 = 0.342 |
|
|
|
logd50 = −0.722 |
logd5 = −1.183 |
||||||||
Определяем характерные диаметры: |
|
|
|
|
|
||||||||
d95 |
= 10 |
logd95 |
= 10 |
0.342 |
= 2.198 |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
d50 |
= 10 |
logd50 |
= 10 |
− 0.722 |
= 0.19 |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
d5 |
logd5 |
= |
10 |
− 1.183 |
= |
0.066 |
|
|
|
|
|
||
= 10 |
|
|
|
|
d95 |
|
2.198 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
U |
= d50 |
= 0.19 |
= 6.349 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
max |
|
d5 |
0.066 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Так как Umax = 6.349 и 4<Umax<20,то попоказателю максимальной неоднородности -
среднеоднородный.
Вывод: песок мелкий среднеоднородный.
3. Классификация грунтов по СТБ 943-2007
Классификация обломочных пылевато-глинистых грунтов (первый и третий слои) производится по типуи разновидности (табл. 5.2СТБ 943-2007):
-тип грунта определяется по числу пластичности IP;
-разновидность: попрочности (сопротивление грунта при зондировании) и по показателю текучести IL.
Для песчаных грунтов проводят анализ гранулометрическогосостава и определяют тип,вид
иразновидность:
-тип - песок,если масса частиц крупнее 2мм<50%;
-вид обломочно-песчаных грунтов определяется по гранулометрическомусоставуи по показателю максимальной неоднородности Umax;
-разновидность - попрочности (сопротивление грунта при зондировании) и по степени влажности Sr (табл. 5.2СТБ 943-2007).
Полные наименования грунтов занесены в графу13 таблицы 4.
Слой №1.
Данный слой обломочно-песчаный (отсутствуют значения WL и Wp).
1.Тип: песок,масса частиц крупнее 2мм=5.4%<50%;
2.Вид: по гранулометрическому составу и попоказателю Umax - песок мелкий
среднеоднородный; 3. Разновидность:
- по прочности при зондировании:так как для второгослоя Pd1 = 3.8 МПа,то потабл. 5.5
СТБ 943-2007определяем - данный грунт средней прочности; - по степеги влажности:
Sr1 = 0.844 - песок водонасыщенный (0.8<Sr<1).
Вывод: Слой №1- песок мелкий,среднеоднородный, средней прочности, водонасыщенный.
Слой №2.
Данный слой обломочно-пылеватый глинистый.
1. Тип: почислупластичности Ip2 = 0.06 - супесь (табл. 5.2СТБ 943-2007);
7
2. Разновидность:
-прочная;
-по показателю текучести (табл. 5.2СТБ 943-2007):
IL2 = 0.333 -пластичная (0.0<IL<1).
Вывод: Слой №2- супесь прочная пластичная. Слой №3.
Данный слой обломочно-пылеватый глинистый.
1.Тип: почислупластичности Ip3 = 0.13 - суглинок (табл. 5.2 СТБ 943-2007);
2.Разновидность:
- по прочности при зондировании:так как для третьегослоя Pd3 = 4.8 МПа, то потабл. 5.6
СТБ 943-2007определяем - данный грунт прочный; - по показателю текучести (табл. 5.2СТБ 943-2007):
IL3 = 0.077 - полутвердый (0.0<IL<0.25).
Вывод: Слой №3 - суглинок полутвердый,прочный.
Данные,полученные по результатам расчетов,сведены втаблицу4. Таблица 4.
№ ИГЭ
1
2
3
Данные задания
|
см^3 |
W |
Плотность частиц ps, г/см^3 |
Плотность грунта p, г/ |
Влажность |
2,62 |
1,94 |
0,2 |
2,68 2,12 0,15
2,7 2,17 0,13
|
|
|
|
|
Вычисляемые характеристики |
- |
||||||
Влажность текучести WL |
|
Условное дин сопротивление Pd, МПа |
Плотность скелета грунта, pd, г/см^3 |
|
Коэффициент пористости е |
|
Степень влажности Sr |
|
Число пластичности Ip |
|
Показатель текучести IL |
Наименование грунта по СТБ 943 2007 |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
песок мелкий |
- |
|
3,8 |
1,62 |
|
0,62 |
|
0,84 |
|
|
|
|
среднеоднород |
|
|
|
|
|
|
|
ный средней |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
прочности |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
водонасыщенн |
0,19 |
|
3,2 |
1,84 |
|
0,45 |
|
0,89 |
|
0,06 |
|
0,33333333 |
супесь |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
прочная |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
пластичная |
0,25 |
|
4,8 |
1,92 |
|
0,41 |
|
0,864552 |
|
0,13 |
|
0,08 |
суглинок |
|
|
|
|
|
прочный |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
полутвёрдый |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4. Определение нормативных и расчетных значений прочностных и деформационных характеристик грунтов поданным динамического зондирования
Необходимо для каждогослоя первоначально определитьнормативные значения следующих характеристик грунтов:
-удельный вес γn,γI,γII (кН/м3): γn=ρg, где ρ- плотность грунта в естественном состоянии;
-для водонасыщенных песков дополнительно определяется удельный вес грунта в
водонасыщенном состоянии γn.w, γ1.w: γn.w = |
γs − γw |
, |
1 + e |
где γs - удельный вес твердых частиц грунта, γw - удельный вес воды.
8
Далее определяются нормативные значения прочностных и деформационных характеристик грунтов (φn, cn,E) поданным динамическогозондирования в зависимости от величины Рд (по
табл. 5.4,5.7,5.8ТКП 45-5.01-17-2006).
Расчетные значения характеристик грунтов для первой и второй группы предельных состояний определяются путем деления нормативных значений на коэффициент надежности по грунту γg, определяемых согласноГОСТ 20522-96"Грунты. Методы статистической обработки
результатов испытаний"..Результаты определения физико-механических характеристик грунтов сводятся в таблицу5.
ИГЭ1
Первый инженерно-геологический элемент - песок мелкий среднеоднородный средней прочности водонасыщенныйс условным динамическим сопротивлением Pd1 = 3.8 МПа.
1. Определяем удельный вес грунта γn и удельный вес грунта в водонасыщенном состоянии
γn.w:
γn1 = ρ1 g = 1.94 10 = 19.4 кН/м3 |
|
||||
γn.w = |
(γs1 − γw) |
|
26.2 − 10 |
|
3 |
|
= |
|
= 9.996 |
кН/м |
|
(1 + e1) |
1 + 0.621 |
2. Определяем угол внутреннеготрения φn и удельное сцепление cn:
по таблице 5.4 ТКП 45-5.01-17-2006 находим,что для песков мелких при Pd1 = 3.8 МПа угол
внутреннего трения φn.1 = 30.8 о,удельное сцепление cn.1 = 1.74 кПа.
3. Определяем модуль деформаций грунта E:
по таблице 5.8 ТКП 45-5.01-17-2006 находим,что для ИГЭ2при Pd 1 = 3.8 МПа модуль
деформации E1 = 17.4 МПа.
4. Определяем расчетные значения физико-механических характеристик грунтов для Iи II группы предельных состояний:
- расчетные значения удельноговеса принимаем равными: γI.1 = γn1 = 19.4 кН/м3 ,
γII.1 = γn1 = 19.4 |
кН/м3 , γI.w = γn.w = 9.996 кН/м3, γII.w = γn.w = 9.996 |
кН/м3; |
|||
- значение удельного сцепления по Iгруппе предельных состояний ( γg.c |
= 1.5): |
||||
|
cn.1 |
1.74 |
= 1.16 кПа; |
|
|
cI.1 = |
|
= |
|
|
|
γg.c |
|
|
|||
|
1.5 |
|
|
- значение угла внутреннеготрения по Iгруппе предельных состояний (γgc = 1 ):
сII.1 |
= |
cn.1 |
= |
1.74 |
= 1.74 |
кПа; |
|
1 |
|||||
|
1 |
|
|
|
- значение угла внутреннеготрения по Iгруппе предельных состояний (γg.φ = 1.1):
φI.1 |
|
φn.1 |
30.8 |
о |
|
= |
|
= |
|
= 28 ; |
|
γg.φ |
|
||||
|
|
1.1 |
|
- знаение угла внутреннего трения по IIгруппе предельных состояний (γg.φ = 1):
φII.1 = |
φn.1 |
= |
30.8 |
= 30.8 |
о. |
γg.φ |
|
||||
|
1 |
|
|
9
ИГЭ 2
Второй инженерно-геологический элемент - супесьпрочная пластичная с условным
динамическим сопротивлением Pd2 = 3.2 МПа. |
|
1. Определяем удельный вес грунта γn: γn2 = ρ2 g |
= 2.12 10 = 21.2 кН/м3 |
2. Определяем угол внутреннеготрения φn и удельное сцепление cn:
по таблице 5.4 ТКП 45-5.01-17-2006 находим,что для ИГЭ2при Pd2 = 3.2 МПа угол
внутреннего трения φn.2 = 27 о, удельное сцепление cn.2 = 28.667 кПа.
3. Определяем модуль деформаций грунта E:
по таблице 5.8 ТКП 45-5.01-17-2006 находим,что для ИГЭ2при Pd 2 = 3.2 МПа модуль
деформации E2 = 16.6 МПа.
4. Определяем расчетные значения физико-механических характеристик грунтов для Iи II группы предельных состояний:
- расчетные значения удельноговеса принимаем равными: γI.2 = γn2 = 21.2 |
кН/м3 , |
||||||||||
γII.2 = γn2 |
= 21.2 |
кН/м3 . |
|
|
|||||||
- значение удельного сцепления по Iгруппе предельных состояний ( γg.c = 1.5): |
|||||||||||
|
cn.2 |
28.667 |
|
|
кПа; |
|
|||||
cI.2 = |
|
|
|
= |
|
|
|
= 19.111 |
|
||
γg.c |
|
|
|
|
|||||||
|
1.5 |
|
|
|
|
||||||
- значение угла внутреннеготрения по Iгруппе предельных состояний (γg.c |
= 1 ): |
||||||||||
|
|
cn.2 |
28.667 |
|
кПа; |
|
|||||
сII.2 = |
|
= |
|
|
|
= 28.667 |
|
||||
γg.c |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
- значение угла внутреннеготрения по Iгруппе предельных состояний (γg.φ = 1.15):
φI.2 |
|
φn.2 |
27 |
о |
|
= |
|
= |
|
= 23.478 ; |
|
γg.φ |
|
||||
|
|
1.15 |
|
- знаение угла внутреннего трения по IIгруппе предельных состояний (γg.φ = 1):
φII.2 = |
φn.2 |
= |
27 |
= 27 |
о |
γg.φ |
|
|
|||
|
1 |
|
|
ИГЭ3
Третий инженерно-геологический элемент - суглинок прочный полутвердыйс условным
динамическим сопротивлением Pd3 = 4.8 МПа. |
|
|
1. |
Определяем удельный вес грунта γn: γn3 = ρ3 g = 2.17 10 = 21.7 |
кН/м3 |
2. |
Определяем угол внутреннеготрения φn и удельное сцепление cn: |
|
по таблице 5.4 ТКП 45-5.01-17-2006 находим,что для ИГЭ3 при Pd3 |
= 4.8 МПа угол |
10