Оценка возможных просадочных свойств глинистого грунта

В подгруппе пылевато-глинистых грунтов выделяются лессовые грунты, как обладающие специфическими и неблагоприятными свойствами. Ими могут обладать и нелессовые глинистые грунты. Чаще всего к ним относят грунты, содержащие более 50% пылеватых частиц с наличием солей, в основном карбонатов кальция, и обладающие преимущественно макропористой структурой. Под действием внешней нагрузки или собственного веса при замачивании в этих грунтах происходит просадка.

По предварительной оценке к просадочным относят грунты со степенью влажности S_r £0,8 и при соблюдении критерия: величина I_ss должна быть меньше значений, приведенных в Таблица 4.12:

, (4.6)

где е – коэффициент пористости грунта в природном состоянии;

е_L – коэффициент пористости при влажности на границе текучести:

(4.7)

Таблица 4.12

Значение показателя Iss

Число пластичности	1£ Ip £10	10< Ip £14	14< Ip £22
Показатель Iss

 

Для предварительной оценки несущей способности просадочных грунтов используется Таблица 4.13:

Таблица 4.13

Расчетные сопротивления R₀ просадочных грунтов

Грунты	Расчетное сопротивление просадочных грунтов R0, кПа
природного сложения с плотностью в сухом состоянии	уплотненных с плотностью в сухом состоянии rd, т/м^3
1,35	1,55	1,60	1,70
Супеси	300/150	350/180
Суглинки	350/180	400/200
Примечание: В числителе приведены значения R0, относящиеся к незамоченным просадочным грунтам со степенью влажности Sr £0,5, в знаменателе – значения R0, относящиеся к таким же грунтам с Sr ³0,8, а также к замоченным просадочным грунтам.

 

Анализ инженерно-геологических условий

После обработки каждого слоя необходимо построить геологический разрез с указанием названий слоев и положения уровня грунтовых вод (УГВ).

Результаты обработки данных по каждому геологическому слою заносят в сводную таблицу механических характеристик (Таблица 4.14).

Таблица 4.14

Сводная таблица механических характеристик грунтов

№ п\п	Полное наименование грунта	Мощ-ность, м	Удель-ное сцепление c, кПа	Угол внутрен-него трения, j, град.	Модуль общей дефор-мации Е, МПа	Таблич-ное значение расчет-ного сопро-тивле-ния грунта R0, кПа
	Растительный слой	0,5	–	–	–	–
	Песок средней крупности средней плотности сложения маловлажный	2,4
	Глина полутвердая	3,6
-	-	-	-	-	-	-
-	-	-	-	-	-	-

 

Используя полученные данные, необходимо проанализировать инженерно-геологический разрез с целью выбора геологического слоя, который будет служить основанием для фундаментов мелкого заложения

Кроме того, необходимо дать прогнозный анализ грунтовых условий с учетом их изменения в период и после строительства фундаментов. При проектировании оснований зданий и сооружений необходимо учитывать изменение гидрогеологических условий площадки как в период строительства, так и в процессе эксплуатации; учитывать наличие или возможность образования верховодки.

При строительстве основными факторами подтопления являются изменение условий поверхностного стока воды при вертикальной планировке, засыпке естественных дрен, большой разрыв между земляными и строительными работами и т.п.; при эксплуатации – инфильтрация утечек производственных вод, полив зеленых насаждений, уменьшение атмосферного испарения под зданиями и покрытиями и т.д.

Наибольшей подтопляемостью обладают территории, сложенные слабопроницаемыми, просадочными и фильтрационно-анизотропными грунтами и застроенные сооружениями с потреблением большого количества воды.

Меньшей подтопляемостью характеризуются территории с глубоким залеганием подземных вод, сложенные хорошо проницаемыми породами и застроенные предприятиями с сухим технологическим процессом.

 

Сбор нагрузок, действующих на основание в расчетных сечениях

Общие положения

 

Основные положения и правила по определению и учету всех видов нагрузок и воздействий, а также их сочетаний определяются по СНиП2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия».

При проектировании оснований зданий и сооружений необходимо учитывать нагрузки, которые возникают при их строительстве и эксплуатации, а также при изготовлении, хранении и перевозке строительных конструкций.

 

Основными характеристиками нагрузок являются их нормативные значения, устанавливаемые СНиП2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия». Расчетные величины действующих нагрузок определяются как произведение нормативных значений на коэффициенты надежности по нагрузке g_f, которые должны соответствовать рассматриваемому предельному состоянию и учитывать возможные отклонения нагрузок в неблагоприятную сторону от нормативных значений.

При расчете оснований зданий и сооружений по первой группе предельных состояний коэффициент надежности принимается (Таблица 5.1):

Таблица 5.1

Значения коэффициентов надежности для основных видов нагрузок

Виды нагрузок	Коэффициент надежности gf
Металлоконструкции	1,05
Железобетонные, каменные, деревянные конструкции, изоляционные, выравнивающие и отделочные слои, выполняемые:
в заводских условиях	1,2
на строительной площадке	1,3
Грунты природные	1,1
Грунты насыпные	1,15
Стационарное оборудование	1,05
Заполнители оборудования и резервуаров:
жидкости	1.0
сыпучие	1.1
Для равномерно распределенных нагрузок величина принимается:
-при полном нормативном значении до 2,0 кПа (200 кгс/м^2)	1.3
-при полном нормативном значении 2,0 кПа (200 кгс/м^2) и более	1.2
В случае передачи крановых нагрузок	1.1
Для снеговой нагрузки и ветровой нагрузки	1.4
Для температурных климатических воздействий	1.1

 

Примечания:

1. При расчете на опрокидывание, а также если уменьшение веса может ухудшить условия работы конструкций, коэффициент надежности по нагрузке следует принимать равным 0,9.

2. При определении нагрузок от грунта учитывают нагрузки от складируемых материалов, оборудования и транспортных средств, передаваемые на грунт

 

 

Все нагрузки в зависимости от продолжительности их действия подразделяются на постоянные и временные.

 

К постоянным относятся нагрузки, которые при строительстве и эксплуатации сооружения действуют постоянно: вес частей зданий и сооружений и давление грунтов и т.п.

К временным относят нагрузки, которые в отдельные периоды строительства и эксплуатации могут отсутствовать.

 

Временные нагрузки подразделяются на:

длительные – вес временных перегородок, стационарного оборудования (станков, аппаратов, моторов, емкостей, трубопроводов с арматурой, опорными частями и др.), давление газов, жидкостей и сыпучих тел в емкостях и трубопроводах, нагрузки на перекрытия от складируемых материалов, нагрузки от людей, животных на перекрытия, вертикальные нагрузки от мостовых и подвесных кранов и др.;

кратковременные – нагрузки от оборудования в пускоустановочном, переходном и испытательном режимах, веса людей и ремонтных материалов в зонах обслуживания и ремонта оборудования, нагрузки от подвижного подъемно – транспортного оборудования, снеговые нагрузки с полным нормативным значением, ветровые, гололедные нагрузки и др.;

особые – статические, взрывные воздействия, нагрузки, вызванные резкими нарушениями технологического процесса, временной неисправностью или поломкой оборудования, воздействия вызванные деформациями основания с коренным изменением структуры грунта (при замачивании лессовых просадочных грунтов) или оседании его в карстовых районах или районах горных выработок.

 

Расчет оснований зданий и сооружений по предельным состояниям первой и второй групп должен выполняться с учетом наиболее неблагоприятных сочетаний нагрузок.

 

В зависимости от учитываемого состава нагрузок различают следующие сочетания:

основные сочетания нагрузок, состоящие из постоянных, длительных и кратковременных;

особые сочетания нагрузок, состоящие из постоянных, длительных, кратковременных и одной из особых нагрузок.

 

При учете основных сочетаний, включающих постоянные и одну временную нагрузку (длительную или кратковременную), коэффициенты y₁ и y₂ вводить не следует.

 

Если учитываются сочетания, включающие постоянные и не менее двух кратковременных нагрузок, расчетные значения временных нагрузок необходимо умножать на коэффициенты сочетаний y:

а) в основных сочетаниях:

для длительных нагрузок y₁ =0,95;

для кратковременных y₂ =0,9;

б) в особых сочетаниях:

для длительных нагрузок y₁ =0,95;

для кратковременных y₂ =0,8.

 

В основных сочетаниях при учете трех и более кратковременных нагрузок их расчетные значения допускается умножать на коэффициент сочетания y₂, принимаемый для первой (по степени влияния) кратковременной нагрузки – 1, для второй – 0,8, для остальных – 0,6.

 

При учете сочетаний нагрузок за одну временную нагрузку принимают:

* нагрузку от одного источника (снеговую, ветровую…);

* нагрузку от нескольких источников, если их совместное действие учтено в нормативном и расчетном значениях нагрузки (нагрузку от оборудования, людей и складируемых материалов на одно или несколько перекрытий с учетом коэффициентов y_А и y_n, принимаемых по формулам (5.1) - (5.4)).

 

Основания зданий и сооружений рассчитывают по деформациям на основное сочетание нагрузок, по несущей способности – на основное сочетание, а при наличии особых нагрузок – на основное и особое сочетание.

Нагрузки на перекрытия и снеговые нагрузки могут относится как к длительным (при расчете по деформациям), так и к кратковременным (при расчете оснований по несущей способности).

 

 

Степень ответственности зданий и сооружений учитывается коэффициентом надежности по назначению g_n. (Таблица 5.2), на который умножается расчетное значение нагрузок после определения наиболее невыгодного сочетания:

Таблица 5.2

Коэффициент надежности g_n

Класс ответственности зданий и сооружений	Коэффициент надежности по назначению gn
Класс I Основные здания и сооружения объектов, имеющих особо важное народнохозяйственное и (или) социальное значение: крытые спортивные сооружения с трибунами, здания театров, кинотеатров, цирков, крытых рынков, учебных заведений, детских дошкольных учреждений, больниц, родильных домов, музеев, государственных архивов и т. д.
Класс II Здания и сооружения объектов, имеющих важное народнохозяйственное и (или) социальное значение (объекты жилищно-гражданского назначения и связи, не вошедшие в I и III классы)	0,95
Класс III Здания и сооружения объектов, имеющих ограниченное народнохозяйственное и (или) социальное значение: теплицы, одноэтажные жилые дома, ограды, временные здания и сооружения и т. д.	0,9

 

Постоянная нагрузка

При подсчете веса конструкций, передающих нагрузку на фундаменты, необходимо знать собственный вес их составных элементов.

Нормативная плотность наиболее употребимых материалов (кг/м³):

железобетон монолитный
железобетон сборный
бетон
кладка из керамического кирпича
цементно-песчаный раствор	2000…2200
асфальтобетон песчаный
асфальтобетон среднезернистый
сталь
алюминиевый сплав
дерево
утеплители:
из ячеистых бетонов (пенобетон, газобетон, пеносиликат и др.)	400…600
минераловатные плиты	300…500
перлитовые и вермикулитовые плиты на цементном вяжущем	300…500
пеностекло и газостекло	200…300
шлаки гранулированные, пемза, керамзит, диатомиты (трепел)	300…700
плиты из пористых пластмасс (пенопласт, сотопласт и др.)	20…150

 

Масса некоторых листовых конструкций, кг/м²:

рулонный ковер из рубероида на битумной мастике:
в один слой	3…5
в три слоя	10…15
пароизоляция (два слоя пергамина на битумной мастике)	5…6
асбоцементные волнистые листы усиленного профиля (ВУ) толщиной 8мм	15…16
профилированный стальной настил	11…15

 

Нормативная нагрузка подсчитывается умножением удельного веса, выраженного в кг/м³, на объем конструкции или, для листовых конструкций, массы одного квадратного метра на грузовую площадь.

 

Временная полезная нагрузка

Нормативные значения равномерно распределенных временных нагрузок на плиты перекрытий, лестницы и полы на грунтах приведены в СНиП по нагрузкам и воздействиям, выборка из которых в Табл.5.2:

Таблица 5.3

Значение нормативных нагрузок на перекрытия.

Здания и помещения	Нормативные значения нагрузок, р., кПа
полное	пониженное
1.Квартиры жилых зданий; спальные помещения детских дошкольных учреждений и школ-интернатов; жилые помещения домов отдыха и пансионатов, общежитий и гостиниц; палаты больниц и санаториев; террасы	1,5	0,3
2.Служебные помещения административного, инженерно-технического, научного персонала; классные помещения; бытовые помещения (гардеробные, душевые, умывальные, уборные)		0,7
3.Кабинеты и лаборатории учреждений здравоохранения; лаборатории учреждений просвещения, науки; помещения для электронно-вычислительных машин; кухни общественных зданий; технические этажи: подвальные помещения	³2	³1
4.Залы: а) читальные б) обеденные (в кафе, ресторанах) в) собраний и совещаний, ожидания, зрительные и концертные, спортивные г) торговые, выставочные и экспозиционные	³4	0,7 1,4   ³1,4
5.Книгохранилища, архивы	³5	³5
6.Сцены зрелищных предприятий	³5	³1,8
7.Трибуны: а) с закрепленными сиденьями б) для стоящих зрителей		1,4 1,8
8.Чердачные помещения	0,7	—
9.Покрытия на участках: а) с возможным скоплением людей (выходящих из производственных помещений, залов, аудиторий и т. д.) б) используемых для отдыха в) прочих	1,5 0,5	1,4     0,5 —
10.(Балконы лоджий) с учетом нагрузки: а) полосовой равномерной на участке шириной 0,8 м вдоль ограждения балкона (лоджии) б) сплошной равномерной на площади балкона (лоджии) воздействие которой неблагоприятные, чем определяемое по поз. 10а		1,4   0,7
11.Участки обслуживания и ремонта оборудования в производственных помещениях	³1,5	—
12. Вестибюли, фойе, коридоры, лестницы (с относящимися к ним проходами), примыкающие к помещениям, указанным в позициях: а) 1, 2 и 3 б) 4, 5, 6 и 11 в) 7		1.4 1,8
13.Перроны вокзалов		1,4
14. Сельскохозяйственные помещения: для мелкого скота для крупного скота	³2000 ³5000

 

Примечания: 1. Нагрузки, указанные в поз. 8, следует учитывать на площади, не занятой оборудованием и материалами. 2. Нагрузки, указанные в поз. 9, следует учитывать без снеговой нагрузки, 3. Нагрузки, указанные в поз. 10, следует учитывать при расчете несущих конструкций балконов (лоджий) и участков стен в местах защемления этих конструкций. При расчете нижележащих участков стен, фундаментов и оснований нагрузки на балконы (лоджий) следует принимать равными нагрузкам примыкающих основных помещений зданий и снижать их с учетом коэффициентов, определяемых по формулам (5.1) и (5.2). 4. Нормативные значения нагрузок для зданий и помещений, указанных в поз. 3, 4г, 5, 6 и 11, принимают по технологическому проекту.

 

При расчете фундаментов, воспринимающих нагрузки от одного перекрытия, полные нормативные значения нагрузок (Таблица 5.3) снижают в зависимости от грузовой площади А, м², рассчитываемого элемента умножением на коэффициент сочетаний y_А, равный:

* для помещений, указанных в поз. 1, 2, 12а Таблица 5.3 (при А < А₁ =9м²)

(5.1)

* для помещений, указанных в поз. 4, 11, 12б Таблица 5.3 (при А < А₂ =36м²)

(5.2)

При определении продольных усилий для расчета фундаментов, воспринимающих нагрузки от двух перекрытий и более, полные нормативные значения нагрузок снижают умножением на коэффициент сочетания y_n:

* для помещений, указанных в поз. 1, 2, 12а Таблица 5.3

(5.3)

* для помещений, указанных в поз. 4, 11, 12б Таблица 5.3

, (5.4)

где n - общее число перекрытий, нагрузки от которых учитываются при расчете рассматриваемого сечения фундамента.

 

Снеговая нагрузка

Полное нормативное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия S определяют по формуле:

S=S₀m, (5.5)

где S₀ - нормативное значение веса снегового покрова на 1м² горизонтальной поверхности земли (Таблица 5.4);

m - коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие (Таблица 5.6). Промежуточные значения коэффициентов определяют линейной интерполяцией.

 

Таблица 5.4

Нормативные значения веса снегового покрова S₀ на 1м² горизонтальной поверхности земли

Снеговой район (Рисунок 5.1)	I	II	III	IV	V	VI
S0, кПа	0,5	0,7	1,0	1,5	2,0	2,5

 

Ветровая нагрузка

 

Ветровую нагрузку определяют как сумму средней и пульсационной составляющих.

Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки w_m на высоте z над поверхностью земли определяют по формуле:

w_m=w₀kc, (5.6)

где w₀ - нормативное значение ветрового давления (Таблица 5.5);

k - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте;

c - аэродинамический коэффициент.

 

При расчете многоэтажных зданий высотой до 40м и одноэтажных производственных зданий высотой до 36м при отношении высоты к пролету менее 1,5 размещаемых в местностях А и В (Таблица 5.7), пульсационную составляющую ветровой нагрузки допускается не учитывать.

Таблица 5.5

Нормативное ветровое давление w₀ в зависимости от ветрового района

Район (Рисунок 5.2)	Ia	I	II	III	IV	V	VI	VII
Давление ветра Н/м^2 (кг/м^2).	17.0 (17)	(23)	(30)	(38)	(48)	(60)	(73)	(85)

 

Таблица 5.6

Значения коэффициентов m для определения снеговой нагрузки на некоторые виды покрытий (по СНиП2.01.07-85)

Номер схемы по СНиП	Профиль покрытия и схемы снеговой нагрузки	Коэффициенты m и условия их применения
		m =1 при a £250; m =0 при a ³600 вариант 2 (по схеме б) учитывается для двускатных кровель при 200£ a £300; вариант 3—при 100£ a £ 300 только при наличии ходовых мостиков или аэрационных устройств по коньку покрытия
		Для сводчатых покрытий, по сегментным фермам и т.п. m1 =l8 f £1 и не менее 0,4. Вариант 2 учитывается при fl ³18 так: fl …18 16³15; m2 …1,6 2 2,2   Для железобетонных плит покрытий m2 £1,4
		Вариант 2 учитывается при a ³15^0. Приведенные схемы распространяются на покрытия многопролетных зданий с подобным профилем
		Вариант 2 учитывается при fl >0,1. Для железобетонных плит покрытий m £1,4. Приведенные схемы распространяются на покрытия многопролетных зданий с подобным профилем
	б) То же, для двускатных сводчатых покрытий двух или трех пролетных зданий с фонарями в середине здания	m1 =0,8; m2 =1+0,1 abc; m2 =1+0,5 abc, но не более: 4—для ферм и балок при весе покрытия g^n £1,5кПа; 2,5— то же, при g^n >1,5кПа; 2—для железобетонных плит покрытий пролетом l £6 м; 2,5—то же при l >6 м и для прогонов; bl = hl и £ b; 2—для стального профилированного настила

 

Таблица 5.7

Значение коэффициента k.

	Тип местности	Характеристика местности	При высоте над поверхностью земли, м
	£5								³480
	А	Открытые степи, лесостепи, пустыни, открытые набережные морей, озер, водохранилищ, тундра.	0,75		1,25	1,5	1,7		2,45	2,75	2,75
	В	Городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые препятствиями высотой более 10м.	0,5	0,65	0,85	1,1	1,3	1,6	2,1	2,5	2,75
	С	Городские районы с застройкой зданиями высотой более 25м.	0,4	0,4	0,55	0,8		1,25	1,8	2,2	2,75
Примечание: сооружение считается расположенным в местности данного типа, если эта местность сохраняется с наветренной стороны сооружения на расстоянии 30 h - при высоте h сооружения до 60м и 2км - при большей высоте.

 

Таблица 5.8

Значения аэродинамических коэффициентов с_е для покрытий разных профилей

№ схемы по снип

Профиль здания или сооружения и схема ветровой нагрузки

Коэффициент се

Вертикальные сплошные поверхности (например стена, забор и т.п.)

Суммарный коэффициент се =1,4

Коэффи-циент

a^0

h1/l

0.5

³2

се1

-0,6

-0,7

-0,8

се1

+0.2 +0.4 +0.8

-0.4 +0.3 +0.8

-0.7 -0.2 +0.8

-0.8 -0.4 +0.8

се2

£60

-0.4

-0.4

-0.5

-0.8

Коэффициент се3

b/l

f/l

£0.5

³2

£1 ³2

-0.4 -0.5

-0.5 -0.6

-0.6 -0.6

Коэффи-циент

h1/l

f/l

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

се1

0.2 ³1

+0.1 -0.2 -0.8

+0.2 -0.1 -0.7

+0.4 +0.2 -0.3

+0.6 +0.5 +0.3

+0.7 +0.7 +0.7

се2

произволь-ное

-0,8

-0,9

-1

-1,1

-1,2

Коэффициент се3 принимать по схеме 2

Коэффициенты се1, се2 и се3 принимать по схеме 2. Значение се =-0,8 для наветренной стороны ската фонаря дано при a <20^0. Схема применяется для зданий с продольными фонарями. Коэффициент се для торцов фонарей равен -0,7.

Рисунок 5.1: Районирование территории России и стран ближнего зарубежья по весу снегового покрова

Рисунок 5.2: Районирование территории России и стран ближнего зарубежья по скоростным напорам ветра

 

5.2. Порядок определения нагрузок

Нагрузки удобно собирать до уровня планировочной отметки грунта или до уровня чистого пола первого этажа. Перед сбором нагрузок в каждом сечении необходимо выделить грузовую площадку, т.е. площадь, с которой собирают все распределенные и сосредоточенные нагрузки, действующие в данном сечении.

Если в заданном сечении проектируется фундамент под колонну, то собирается сосредоточенная нагрузка. Если проектируется фундамент под стену, то собирается погонная нагрузка на 1м.

Для того, чтобы облегчить составление возможных комбинаций и расчетных сочетаний нагрузок, рекомендуется собирать нагрузки по каждому виду в отдельности.

 

В общем случае можно рекомендовать следующую последовательность при определении величин нагрузок:

1. Внимательно изучить сооружение, выделить несущие и самонесущие конструкции, определить, как передается нагрузка от перекрытий, лестничных маршей и кровли.

2. Выделить грузовую площадку (показать на эскизе).

3. Рассчитать постоянную нагрузку от собственного веса несущих и ограждающих конструкций в пределах грузовой площадки. Для каждого вида конструкций из Таблица 5.1 выписать коэффициент надежности.

4. Рассчитать временные длительные нагрузки:

а) от веса оборудования и складируемых материалов и определить для них коэффициенты надежности (Таблица 5.1).

б) от равномерно распределенной полезной нагрузки (вес людей, мебели, оборудования и т.д.) по Таблица 5.3 с учетом снижающих коэффициентов y_A и y_n;

в) от мостовых и подвесных кранов, если таковые имеются.

г) от веса снега. Величина нагрузки зависит от грузовой площади,

д) от ветра.

5. Рассчитываем временные кратковременные нагрузки.

6. Определяем расчетное сочетание нагрузок. В качестве основного расчетного принимается наиболее неблагоприятное сочетание всех выше перечисленных нагрузок.

7. Учитываем степень ответственности зданий и сооружений (Таблица 5.2). Для этого РАСЧЕТНЫЕ значения нагрузок умножаем на соответствующий коэффициент надежности (Таблица 5.2).

 

Сбор нагрузок удобно проводить в табличной форме.

Таблица 5.8

Сбор нагрузок в расчетном сечении

№ п\п	Наименование и вычисление нагрузок	Нормативная величина нагрузи NII, кН или кН/м	Коэффициент надежности по нагрузке, gf	Расчетная величина нагрузки NI, кН или кН/м
Постоянные нагрузки:
Временные нагрузки: