Определение характеристик сжимаемости грунтов под нагрузкой в лабораторных условиях.

Определение характеристик сжимаемости грунтов под нагрузкой в лабораторных условиях.

Наиболее важным деформационным свойством грунтов является их cжимаемость. Сжимаемостью грунтов называется их способность уменьшаться в объеме под действием внешней нагрузки. Сжимаемость зависит от пористости грунтов, гранулометрического и минералогического состава, природы внутренних структурных связей и характера нагрузки.

Характеристиками сжимаемости являются: коэффициент сжимаемости m₀, МПа^-1; коэффициент относительной сжимаемости m_V, МПа ^-1; модуль общей деформации Ео, МПа и структурная прочность грунта Р_стр, МПа.

Одним из способов определения характеристик сжимаемости в лабораторных условиях являются компрессионные испытания. Это испытания грунта в условиях одноосного сжатия без возможности бокового расширения. Компрессионное сжатие моделирует процесс уплотнения грунта под центром фундамента. Компрессионные испытания грунтов производят в одометрах – приборах с жесткими металлическими стенками, препятствующими боковому расширению грунта при сжатии его вертикальной нагрузкой. При испытаниях происходит уплотнение грунта за счет уменьшения объема пор и влажности. Для оценки сжимаемости грунта строят график зависимости коэффициента пористости от вертикального давления, получают так называемую компрессионную кривую (рис.3.1).

Компрессионная зависимость состоит из 2-х ветвей: кривой уплотнения и кривой набухания. Кривая набухания получается при разгрузке первоначально сжатого образца. В этом случае будет происходить увеличение объема и пористости образца. Увеличение объема грунта при снятии нагрузки характеризует упругие деформации, а разность между первоначальным объемом и объемом образца после разгрузки –остаточные деформации. Во многих случаях в пределах небольших изменений давлений, компрессионная кривая сравнительно близка к секущей прямой (хорде) АВ. Тангенс угла наклона этой прямой к оси абсцисс характеризует сжимаемость грунта и называется коэффициентом сжимаемости.

Коэффициент сжимаемости есть отношение изменения коэффициента пористости к разности давлений. Значение коэффициента сжимаемости определяется по формуле

Рис. 3.1. Компрессорная кривая

е ₁ - е ₂

m ₀ = tg a = -------------, (17)

p ₂ - p ₁

где е₁ - значение коэффициента пористости при давлении p₁; е₂ - значение коэффициента пористости при давлении p₂.

Коэффициентом относительной сжимаемости называется относительная деформация, приходящаяся на единицу давления. Определяется по формуле

D h_i m ₀

m _V =---------- = ----------, (18)

h p_i 1+ е ₀

где D h_i - деформация (осадка) образца грунта при изменении давления от 0 до p₁ по компрессионной кривой, мм; h - первоначальная высота образца грунта, мм; е₀ - начальное значение коэффициента пористости.

Кроме коэффициентов сжимаемости, по результатам компрессионных испытаний может быть определен модуль общей деформации грунта E₀, Мпа, по следующей формуле:

P_i h 1 + е₀ b

Е ₀ = --------- b = ------------- b = --------, (19)

D h_i m ₀ m _V

где b - поправка, учитывающая отсутствие поперечного расширения грунта в компрессионном приборе.

Модулем общей деформации называется коэффициент пропорциональности между относительной деформацией и вертикальным давлением. Модуль общей деформации используется при расчете осадок фундаментов.

 

Необходимое для определения характеристик сжимаемости грунта оборудование: компрессионный прибор, набор гирь; фильтровальная бумага; оборудование для определения физических характеристик грунта

Виды, конструкции и основные положения по проектированию ф-ов глубокого заложения.

Ф-ы глубокого заложения применяют для передачи больших вертикальных и горизонтальных нагрузок на глубоко залегающие прочные слои грунта, когда использование свай неэффективно или невозможно из-за имеющихся в толще грунтов валунов и др.препятствий.

Различают следующие типы фундаментов глуб.заложения: 1) опускные колодцы, 2) кессонные фундаменты, 3) буровые опоры.

Расчет ф-ов гл.заложения ведут также по 2-м группам предельных состояний: 1) по прочности грунтов оснований и материала фундамента; 2) по деформациям.

Среднее давление по подошве фундамента гл.заложения для сравнения с расчетным сопротивлением Rh грунта основания определяют с учетом сил трения, действующих по боковой поверхности ф-а. При действии на ф-ы значительных горизонтальных нагрузок максимальное и мин.напряжения под краями подошвы подсчитывают с учетом заделки фундамента в грунт.

Среднее давление по подошве Рср от суммы вертикальных сил N определяют по формуле:

Рср=(∑N – T)/Аф

Где А-площадь подошвы ф-а, Т- сумма сил трения.

При действии горизонтальных сил выполняют с учетом повтора ф-а в грунте и возникновения реактивного давления по его подошве и боковой поверхности.

Типы Свайного фундамента

Свайные фундаменты используются при строительстве на просадочных грунтах, а также при грунтах с низкой несущей способностью (менее 1,5 кг/см²). В зависимости от способа передачи нагрузки от конструкций здания или сооружения на грунт различают сваи – стойки и висячие сваи. Сваи – стойки используются в ситуации, когда мощный слой грунта высокой несущей способности находится под пластами слабого грунта на относительно небольшой глубине. В таком случае, сваи прорезают толщу слабого грунта и опираются на прочный грунт, передавая на него усилия от вышерасположенных конструкций. В случае, когда грунт с высокой прочностью расположен на недостижимой для свай глубине, то используются висячие сваи, которые, уплотняя при погружении грунт между сваями, позволяют использовать его в качестве основания. В таком случае при расчете свайного фундамента учитывается как трение боковой поверхности сваи о грунт, так и работа пяты сваи.
Свайные фундаменты имеют ростверк, опирающийся непосредственно на оголовки свай и предназначенный для передачи нагрузки от конструкций здания или сооружения.
По виду материала свайные фундаменты бывают деревянные, железобетонные, набивные бетонные и железобетонные, стальные и грунтовые. По методу погружения в грунт свайные фундаменты бывают забивные, набивные и завинчивающиеся. Тип свайного фундамента определяется в зависимости от характера работы конструкций здания или сооружения, комбинаций нагрузок, гидрогеологических характеристик грунта, наличия предприятий стройиндустрии, технологических возможностей специализированных предприятий и экономической эффективности.
В настоящее время для индустриального строительства используются забивные и буронабивные железобетонные сваи. Забивные железобетонные сваи имеют квадратное сечение и один острый конец. Длина их колеблется от 3 до 12 метров, но для устройства свайных фундаментов на слабых грунтах большой мощности, применяются составные сваи длиной до 24 м, причем сначала забивается нижняя часть, а после погружения на всю длину, к ней крепится верхняя часть, благодаря которой свая достигает проектной отметки. После срубки нарушенного работой забивного механизма бетона, обнажаются верхние концы арматуры, которые затем входят в толщу монолитного ростверка.
В последнее время широкое распространение получили свайные фундаменты с набивными сваями. Видов набивных свай насчитывается несколько десятков. Чаще других применяются следующие виды:
- сваи с металлической оболочкой, забиваемой в грунт – применяются в слабых и обводненных грунтах, когда стенки скважины обрушиваются до начала бетонирования сваи;
- сваи с извлекаемыми обсадными трубами – применяются в слабых грунтах. Представляют собой сваи длиной от 6 до 12 м. Обсадная труба диаметром от 220 мм погружается до заглубления в плотные слои грунта на 0,2 – 0,5 м. После этого приступают к бетонированию свайного фундамента с одновременным извлечением обсадной трубы. Во избежание прорыва грунта через свежеуложенный бетон, подъем трубы ведется таким образом, чтобы в ней всегда оставалась бетонная пробка высотой 0,4 – 0,7 м;
- сваи в пробуренных или пробитых скважинах пригодны для использования в сухих и маловлажных связных грунтах, не требующих специальных мероприятий по укреплению стенок скважины. В этом случае сначала пробуривается лидерная скважина, потом выполняется уширение в нижнем основании скважины, после чего устанавливается арматурный каркас и производится бетонирование сваи. Для слабосвязных грунтов разработана технология вытрамбовки скважины специальным пробойником, изготовленном из толстостенной трубы с приваренным острием на одном конце. Острым концом пробойник забивается копром на проектную глубину без устройства лидерных скважин. При этом стенки скважины уплотняются до состояния, позволяющего установить в полученную скважину арматурный каркас и забетонировать сваю.

 

Классификация фундаментов

Заглубленный ниже поверхности грунта конструктив­ный элемент, воспринимающий нагрузки на здание и пе­редающий их от здания основанию, называют фунда­ментом.

Расстояние от спланированной поверхности грунта до подошвы фундамента называют глубиной за­ложения. Назначение здания, наличие в нем подвала, глубина промерзания, уровень грунтовых вод — все это влияет на глубину заложения фундамента. Фундаменты, как правило, закладываются ниже глубины промерзания грунта, для того, чтобы предотвратить их выпучивание. На пучинистных грунтах при строительстве легких деревянных построек применяют мелкозаглубленные фундаменты.

В настоящее время для строительства зданий применяются следующие типы фундаментов — ленточные, стакановые, столбчатые и свайные. Они бывают сборные и монолитные. Выбор фундамента зависит от сейсмичности местности, грунта и от архитектурных решений.

Фундаменты классифицируют по конструктивным схе­мам, материалу, характеру работы и глубине заложения.

По назначению

1. Несущий

2. Комбинированный, то есть способный, в дополнение к несущим функциям, выполнять еще и функции сейсмической защиты.

По типу конструкции

1. Столбчатый

2. Ленточный (сборный или монолитный):

1. заглубленный (ниже глубины промерзания);

2. малозаглубленный (выше глубины промерзания);

3. Свайный (сборный или монолитный):

1. на забивных сваях;

2. на трубобетонных сваях;

3. на буронабивных сваях;

4. на набивных сваях;

5. на сваях-оболочках;

4. Свайно-ростверковый фундамент

5. Плитный

По материалу

1. Каменный:

§ бутовый;

§ бутобетонный;

§ кирпичный.

2. Железобетонный:

§ сборный;

§ монолитный.

По характеру работы:

· жесткие, работающие только на сжатие;

· гибкие, работающие на сжатие и изгиб.

По глубине заложения:

· фундаменты мелкого заложе­ния (до 5 м);

· глубокого (более 5 м).

Разнообразные конструкции фундаментов гражданских зданий должны удовлетворять требованиям проч­ности, водостойкости, долговечности, а также быть ин­дустриальными и экономичными.

ОСНОВАНИЯ. КЛАССИФИКАЦИЯ

Прочность и устойчивость любого сооружения прежде всего зависят от надежности основания и фундамента.

Основанием считают слои грунта, залегающие ниже подошвы фундамента и в стороны от него, воспринимающие нагрузку от сооружения и влияющие на устойчивость фундамента и его перемещения. Проектирование оснований зданий и сооружения зависит от большого количества факторов, основными из которым являются: геологическое и гидрогеологическое строение грунта; климатические условия района строительства; конструкция сооружаемого здания и фундамента; характер нагрузок, действующих на грунт основания, и т.д. Основания под фундаменты зданий и сооружений бывают естественными и искусственными.

Естественными основаниями называют грунты, которые в условиях природного залегания обладают достаточной несущей способностью, чтобы выдержать нагрузку от возводимого здания или сооружения. Естественные основания не требуют дополнительных инженерных мероприятий по упрочнению грунта; их устройства заключается в разработке котлована на расчетную глубину заложения фундамента здания или сооружения. К грунтам, пригодным для устройства естественных оснований, относятся скальные и нескальные.

Скальные грунты представляют собой залежи изверженных, осадочных и метаморфических горных пород (граниты, известняки, кварциты и др.). Встречаются они в виде сплошного массива или отдельных трещиноватых пластов. Они обладают большой плотностью, а следовательно, и водоустойчивостью и являются прочным основанием для любого вида сооружений. К нескальным грунтам относятся крупнообломочные, песчаные и глинистые грунты. Крупнообломочные грунты (щебень, гравий, галька) представляют собой куски, образовавшиеся в результате разрушения скальных пород, с размерами частиц более 2 мм. Они уступают по прочности скальным грунтам. Если крупнообломочные грунты не подвержены воздействию грунтовых вод, они также являются надежным основанием.

Песчаные грунты представляют собой частицы горных пород крупностью 0,1...2 мм. Пески крупностью 0,25...2 мм обладают значительной водонепроницаемостью и поэтому при замерзании не вспучиваются. Прочность и надежность песчаных оснований зависят от плотности и мощности залегающего слоя песка: чем больше мощность залегания и равномерней плотность слоя песка, тем прочнее основание. При регулярном воздействии воды прочность песчаного основания резко снижается.

 

Свайные фундаменты

Свайный фундамент состоит из отдельных свай, перекрытых сверху железобетонной монолитной плитой или балкой (ростверком). Свайный вид фундамента используется в случаях, когда на слабый грунт через сваи необходимо передать большие нагрузки от кирпичного, каменного здания, тяжелых колонн, опор или плитных конструкций. Свайный фундамент позволяет сэкономить на его цене. Через свайное основание нагрузка от кирпичного здания передается на более плотные грунты, залегающие на глубине длины сваи. Свайные основания могут быть деревянными, бетонными, железобетонными, стальными и комбинированными. Какой материал для свай выбрать, определяет назначение и конструкция здания, грунты на участве, цена материалов. Деревянные свайные основания наиболее экономичны и доступны по цене, но подвержены гниению.

Столбчатые фундаменты

Столбчатый фундамент — это система сборных столбчатых опор, монтаж конструкции которых делают под стены деревянных зданий, столбы или колонны. Цена изготовления и монтажа столбчатых опор сравнительно невысока. Столбчатые основания изготавливают в виде расставленных через определенные промежутки столбов, колонн или блоков. Сверху столбчатые опоры соединяют железобетонными фундаментными балками (рандбалками) или другим видом перемычек, на которых выполняют монтаж основных конструкций деревянного здания. Изготовление колонн столбчатых фундаментов целесообразно для вида грунтов глубокого промерзания. Монтаж столбчатых колонн делают в тех случаях, когда основная нагрузка от деревянного дома на столбчатый фундамент не очень высока, а давление на грунт не превышает нормативного.

Плитный фундамент

Монтаж плитного фундамента делают под всей площадью деревянного или кирпичного здания. Плитный вид основания - это сплошная монолитная или сборная решетчатая плита. Изготовление плитной конструкции выполняют из монолитного железобетона либо из сборных перекрестных железобетонных балок или бетонных блоков с жесткой заделкой стыковых соединений. Цена изготовления и монтажа плитного основания монолитного или сборного из блоков получается также достаточно высокой. Монолитный плитный фундамент под кирпичный, деревянный дом наиболее приемлимый вид для монтажа на слабых неоднородных грунтах с высоким уровнем грунтовых вод. Плитный вид основания также делают в случаях, когда нагрузка, приходящаяся на монолитный плитный фундамент дома велика, а вид грунта основания недостаточно прочен для монтажа.

Основания фундаментов

Основание - часть массива грунта, на которую передается нагрузка от сооружения. Основание называется естественным, если фундамент возводится непосредственно на грунте природного сложения, и искусственным, когда несущая способность грунта увеличена различными способами.

Конструкция фундамента во многом определяется характеристиками грунта, на котором он возводится. Грунт основания должен быть прочным и иметь незначительную сжимаемость и пучинистость. Однако не все грунты обладают такими свойствами. Например, торфяные грунты сильно сжимаются под нагрузкой, а некоторые грунты из группы глинистых при замачивании под нагрузкой дают дополнительные осадки (просадки) или подъем (набухают). Строительство домов на таких грунтах требует проведения различного рода мероприятий, связанных с осушением застраиваемого участка и предотвращением увлажнения основания фундаментов.

78. Определение несущей способности и расчетной нагрузки одиночной сваи (по прочности ее материала и по несущей способности окружающего грунта).

способность — это нагрузка, которую свая может воспринять с учетом допустимых деформаций грунта под ее острием. В зависимости от характеристик грунтов, залегающих под нижними концами свай, сваи работают как висячие или как сваи-стойки. Если под острием сваи залегают сильно сжимаемые слабые грунты, то несущая способность свай определяется в основном сопротивлением грунта по боковой поверхности и в незначительной степени сопротивлением грунта под ее острием — в этом случае свая работает как висячая. Несущая способность! фундамента из висячих свай зависит от числа свай, их расстановки в плане, формы и размеров поперечного сечения и длины.
Если под нижними концами свай залегают плотные мало-сжимаемые грунты, свая работает как стойка, т. е. несущая способность ее определяется в основном сопротивлением грунта под острием и в малой степени по ее боковой поверхности. Несущая способность фундамента из свай-стоек при любой расстановке; их в плане равна сумме несущих способностей отдельных свай.
На основании экспериментальных данных установлено, что вокруг сваи в результате забивки грунт уплотняется и образуется «напряженная зона». Эта зона имеет одинаковое распространение для одиночной сваи и сваи в кусте и составляет около 6d (d — сторона сечения квадратной или диаметр круглой сваи). Если расстояние между сваями в кусте меньше 6d, несущая способность одной сваи в кусте меньше несущей способности одиночной сваи. Следовательно, при частом (меньше 6d) расположении свай эффективность свайных фундаментов снижается.
Несущая способность одиночной сваи зависит от прочности ее материала, механических свойств грунта и метода ее погружения. В практике проектирования свайных фундаментов несущую способность одиночной сваи определяют несколькими способами.

Несущую способность F_d кН (тc), свай по результатам их испытаний вдавливающей, выдергивающей и горизонтальной статическими нагрузками и по результатам их динамических испытаний следует определять по формуле

(16)

где g_c,— коэффициент условий работы; в случае вдавливающих или горизонтальных нагрузок g_c = 1; в случае выдергивающих нагрузок принимается по указаниям п. 4.5;

F_u,p — нормативное значение предельного сопротивления сваи, кН (тc), определяемое в соответствии с указаниями пп. 5.4 — 5.7;

g_g,— коэффициент надежности по грунту, принимаемый по указаниям п. 5.4.

Примечание. Результаты статических испытаний свай на горизонтальные нагрузки могут быть использованы для непосредственного определения расчетной нагрузки, допускаемой на сваю, если условия испытаний соответствуют действительным условиям работы сваи в фундаменте здания или сооружения.

5.4. В случае, если число свай, испытанных в одинаковых грунтовых условиях, составляет менее шести, нормативное значение предельного сопротивления сваи в формуле (16) следует принимать равным наименьшему предельному сопротивлению, полученному из результатов испытаний, т.е. F_u,p = F_u,min, а коэффициент надежности по. грунту g_g = 1.

79.проектирование жесткого фундамента неглубокого заложения. Д л я жестких фундаментов (из бута, бутобетона, бетона), плохо работающих на изгиб,следует проектировать такое по­перечное сечение (профиль), при котором материал будет рабо­тать в основном на сжатие. Уширение подошвы возможно до такого предела, когда линия, проведенная от крайней точки по­дошвы под так называемым нормативным углом жесткости альфа к вертикали (углом распределе­ния сжимающих напряжений в материале), нигде не пересечет линии уступов. Иногда из этих соображений для развития по дошвы жесткого фундамента до необходимых размеров приходится идти на увеличение глубины заложения.

Проектирование фундаментов неглубокого заложения обычно начинают с назначения отметок обреза и заложения

относительно поверхности грунта. Затем рассчитывают

площадь, а следовательно, и наименьшие размеры подошвы фундамента. При этом, чтобы в дальнейшем можно было производить расчеты осадок по теории линейно-деформируемой среды, необ­ходимо выполнить обязательное условие: чтобы расчетное давление по подошве фундаментаГР от действующих нагрузок не пре­вышало расчетного сопротивления грунта основания R,t. е. выполнялось бы условие P<=R

Если на некоторой глубине ниже подошвы фундамента залегает слой более слабого грунта, чем непосредственно под подош­вой, то_проверяют прочность этого слоя. При необходимости при­бегают к одному из упомянутых ранее конструктивных решений.После установления размеров подошвы проекти­руют поперечное сечение (профиль) тела фундамента по условиям жесткости материала.

Если возможна потеря устойчивости основания и сооружения (при существенных горизонтальных нагрузках, расположении фундаментов на откосах, косогорах и т. д.) выполняют расчет ^по устойчивости.

Затем приступают к расчету по второй группе предельных состояний — по деформациям для выполнения условия. Если его выполнить невозможно, прибегают либо к развитию (в разумных пределах) площади фундамента, либо применяют свай­ный фундамент или искусственное основание. После этого расчеты фундамента повторяют.

Поскольку предельное состояние (разрушение в грунте) возникает от действия касательных напряжений, то оно может произойти тогда, когда точка М (ее положение) коснется прямой Кулона, прямой предельного состояния грунта.

В процессе испытаний оставляем неизменным Р₂ и увеличиваем Р₁. Максимальное значение Р₁ будет, когда круг Мора коснется прямой Кулона.

τ_пр=P tgφ - уравнение, описывающее предельное сопротивление грунта сдвигу для песчаного грунта, т.е. процесс разрушения.

Описанная методика испытаний схематично представлена на нижерасположенном левом рисунке.

 

Крены фундаментов

Расчет крена фундаментов весьма прост и применим не только для однородного основания, но и при слоистом залегании грунтов, где искомую равномерную их осадку можно найти способом послойного суммирования деформаций.

Крены фундаментов происходят также и при взаимном их влиянии на деформацию грунтов основания. В этом случае, пользуясь методом угловых точек, определяют осадки противоположных краев фундамента и его крен вычисляют.

Взаимное влияние напряжений, возникающих в грунтах под соседними фундаментами, проявляется в различной мере, что зависит от расстояний между ними и свойств сжимаемости грунтов. В наиболее неблагоприятных условиях это влияние может оказаться весьма

значительным.

Крен фундамента (или здания, сооружения в целом) следует измерять одним из следующих методов или их комбинированием: проецирования, координирования, измерения углов или направлений, фотограмметрии, механическими способами с применением кренометров, прямых и обратных отвесов.

Предельные погрешности измерения крена в зависимости от высоты Н наблюдаемого здания (сооружения) не должны превышать величин, мм, для:

гражданских зданий.………….......................…………………………. 0,0001 Н

промышленных зданий и сооружений, дымовых труб, башен и др...... 0,0005 Н

фундаментов под машины и агрегаты.……………………………...… 0,00001 Н

При измерении кренов фундамента здания (сооружения) методом проецирования следует применять теодолиты, снабженные накладным уровнем, или приборы вертикального проецирования.

При измерении кренов методом координирования необходимо установить не менее двух опорных знаков, образующих базис, с концов которого определяются координаты верхней и нижней точек здания (сооружения).

Фотограмметрический метод измерения горизонтальных и вертикальных перемещений и кренов следует применять для измерения осадок, сдвигов, кренов и других деформаций зданий (сооружений) при неограниченном числе наблюдаемых мерок, устанавливаемых в труднодоступных местах для измерений эксплуатируемых зданий и сооружений.

Для измерений деформаций фотограмметрически одновременно по трем координатным осям (X, Y, Z) необходимо выполнять фототеодолитную съемку с двух опорных знаков, являющихся концами базиса фотографирования, не изменяя местоположения и ориентирования фототеодолита в различных циклах наблюдений.

При проведении вышеуказанных видов работ по выявлению перемещений конструкций фундаментов и крена зданий необходимо руководствоваться указаниями ГОСТ 24846-81, СНиП 3.01.03-84 и "Руководства по наблюдениям за деформациями оснований и фундаментов зданий и сооружений" [IV-8].

Для измерений вертикальных перемещений фундаментов применяются нивелиры, обеспечивающие точность нивелирования III класса, типа Н-3, Н-5 и равноточные им. Используются также самоустанавливающиеся нивелиры типа КО-007.

Перед началом и после окончания работ нивелир должен быть обязательно проверен, а рейки проверены с помощью металлической измерительной линейки.

Крен фундамента i при действии внецентренной нагрузки определяется по формуле

,

где E и v - соответственно модуль деформации и коэффициент Пуассона грунта основания; в случае неоднородного основания значения Е и v принимаются средними в пределах сжимаемой толщи;

k_е - коэффициент, принимаемый по табл.;

N - вертикальная составляющая равнодействующей всех нагрузок на фундамент в уровне его подошвы;

Е - эксцентриситет;

а - диаметр круглого или сторона прямоугольного фундамента, в направлении которой действует момент; для фундамента с подошвой в форме правильного многоугольника площадью А принимается ;

k_m - коэффициент, учитываемый при расчете крена фундаментов по схеме линейно деформируемого слоя при а ³ 10 м и Е ³ 10 МПа (100 кгс/см²) и принимаемый по табл.

10. Коэффициент Пуассона v принимается равным для грунтов: крупнообломочных - 0,27; песков и супесей - 0,30; суглинков - 0,35; глин - 0,42.

11. Средние (в пределах сжимаемой толщи Н_с или толщины слоев Н) значения модуля деформации и коэффициента Пуассона грунтов основания ( и ) определяются по формулам:

;

;

 

 

Глинистые грунты представляют собой тонкодисперсные частицы чешуйчатой формы размером менее 0,005 мм. Сухое глинистое основание может выдерживать большие нагрузки от массы зданий и сооружений. С увеличением влажности глины резко падает ее несущая способность. Влияние положительных и отрицательных температур вызывает во влажной глине усадку при высыхании и вспучивание при замерзании воды в порах глинистого грунта. Разновидностью глинистых грунтов являются супеси, суглинки и лёссы.

Супесчаные грунты представляют собой смесь песка и глинистых частиц в количестве 3...10 %. Суглинистые грунты состоят из песка и содержат 10...30 % глинистых частиц. Эти виды грунтов могут использоваться в качестве естественных оснований (если они не подвержены увлажнению). По своей прочности и несущей способности они уступают песчаным и сухим глинистым грунтам. Отдельные виды супесей, подверженных регулярному воздействию грунтовых вод, становятся подвижными. Поэтому они получили название плывунов. Этот вид грунтов непригоден в качестве естественного основания.

Лёссовые грунты — то частицы пылеватых суглинков со сравнительно постоянным гранулометрическим составом. Лёссовые грунты в сухом состоянии могут служить надежным основанием. При Увлажнении и воздействии нагрузок лёссовые грунты сильно уплотняются, в результате чего образуются значительные просадки. Поэтому они называются просадочными.

Наименование грунтов, а также критерии выделения грунтов со специфическими свойствами и их характеристики приведены в СНиП «Основания зданий и сооружений. Нормы проектирования».

Искусственными основаниями называют грунты, которые по механическим свойствам в своем природном состоянии не могут выдерживать нагрузки от зданий и сооружений. Поэтому для упрочнения слабых грунтов необходимо выполнять различные инженерные мероприятия. К слабым относятся грунты с органическими примесями и насыпные грунты. Грунты с органическими примесями включают: растительный грунт, ил, торф, болотный грунт. Насыпные грунты образуются искусственно при засыпке оврагов, прудов, мест свалки. Перечисленные грунты неоднородны по своему составу, рыхлые, обладают значительной и неравномерной сжимаемостью. Поэтому в качестве оснований их используют только после укрепления уплотнением, цементацией, силикатизацией, битумизацией или термическим способом.

 

Определение характеристик сжимаемости грунтов под нагрузкой в лабораторных условиях.

Наиболее важным деформационным свойством грунтов является их cжимаемость. Сжимаемостью грунтов называется их способность уменьшаться в объеме под действием внешней нагрузки. Сжимаемость зависит от пористости грунтов, гранулометрического и минералогического состава, природы внутренних структурных связей и характера нагрузки.

Характеристиками сжимаемости являются: коэффициент сжимаемости m₀, МПа^-1; коэффициент относительной сжимаемости m_V, МПа ^-1; модуль общей деформации Ео, МПа и структурная прочность грунта Р_стр, МПа.

Одним из способов определения характеристик сжимаемости в лабораторных условиях являются компрессионные испытания. Это испытания грунта в условиях одноосного сжатия без возможности бокового расширения. Компрессионное сжатие моделирует процесс уплотнения грунта под центром фундамента. Компрессионные испытания грунтов производят в одометрах – приборах с жесткими металлическими стенками, препятствующими боковому расширению грунта при сжатии его вертикальной нагрузкой. При испытаниях происходит уплотнение грунта за счет уменьшения объема пор и влажности. Для оценки сжимаемости грунта строят график зависимости коэффициента пористости от вертикального давления, получают так называемую компрессионную кривую (рис.3.1).

Компрессионная зависимость состоит из 2-х ветвей: кривой уплотнения и кривой набухания. Кривая набухания получается при разгрузке первоначально сжатого образца. В этом случае будет происходить увеличение объема и пористости образца. Увеличение объема грунта при снятии нагрузки характеризует упругие деформации, а разность между первоначальным объемом и объемом образца после разгрузки –остаточные деформации. Во многих случаях в пределах небольших изменений давлений, компрессионная кривая сравнительно близка к секущей прямой (хорде) АВ. Тангенс угла наклона этой прямой к оси абсцисс характеризует сжимаемость грунта и называется коэффициентом сжимаемости.

Коэффициент сжимаемости есть отношение изменения коэффициента пористости к разности давлений. Значение коэффициента сжимаемости определяется по формуле

Рис. 3.1. Компрессорная кривая

е ₁ - е ₂

m ₀ = tg a = -------------, (17)

p ₂ - p ₁

где е₁ - значение коэффициента пористости при давлении p₁; е₂ - значение коэффициента пористости при давлении p₂.

Коэффициентом относительной сжимаемости называется относительная деформация, приходящаяся на единицу давления. Определяется по формуле

D h_i m ₀

m _V =---------- = ----------, (18)

h p_i 1+ е ₀

где D h_i - деформация (осадка) образца грунта при изменении давления от 0 до p₁ по компрессионной кривой, мм; h - первоначальная высота образца грунта, мм; е₀ - начальное значение коэффициента пористости.

Кроме коэффициентов сжимаемости, по результатам компрессионных испытаний может быть определен модуль общей деформации грунта E₀, Мпа, по следующей формуле:

P_i h 1 + е₀ b

Е ₀ = --------- b = ------------- b = --------, (19)

D h_i m ₀ m _V

где b - поправка, учитывающая отсутствие поперечного расширения грунта в компрессионном приборе.

Модулем общей деформации называется коэффициент пропорциональности между относительной деформацией и вертикальным давлением. Модуль общей деформации используется при расчете осадок фундаментов.

 

Необходимое для определения характеристик сжимаемости грунта оборудование: компрессионный прибор, набор гирь; фильтровальная бумага; оборудование для определения физических характеристик грунта