Определение просадок грунтов основания

1. Просадка грунтов s_sl основания при увеличении их влажности вследствие замачивания сверху больших площадей, а также замачивания снизу при подъеме уровня подземных вод определяется по формуле:

,                                 (11.4)

где ε_sl,i – относительная просадочность i -го слоя грунта, определяемая в соответствии с указаниями п.2;

h_i – толщина i -го слоя;

k_sl,i – коэффициент, определяемый в соответствии с указаниями п. 3;

n – число слоев, на которое разбита зона просадки h_sl, принимаемая в соответствии с указаниями п. 16.

2. Относительная просадочность грунта ε_sl определяется на основе испытаний образцов грунта на сжатие без возможности бокового расширения по формуле

,                                    (11.5)

где h_n,p и h_sat,p – высота образца соответственно природной влажности и после его полного водонасыщения (w = w_sat) при давлении p, равном вертикальному напряжению на рассматриваемой глубине от внешней нагрузки и собственного веса грунта p = s_{zp +} s_zg – при определении просадки грунта в верхней зоне просадки; при определении просадки грунта в нижней зоне просадки также учитывается дополнительная нагрузка от сил негативного трения;

h_n,g – высота того же образца природной влажности при p = s_zg.

Относительная просадочность грунта при его неполном водонасыщении (w_sl = w < w_sat) – ε^’_sl определяется по формуле

,                              (11.6)

где w – влажность грунта;

w_sat – влажность, соответствующая полному водонасыщению грунта;

w_sl – начальная просадочная влажность (минимальная влажность, при которой проявляются просадочные свойства грунтов);

ε_sl – относительная просадочность грунта при его полном водоносыщении, определяемая по формуле (14).

3. Коэффициент k_sl,i, входящий в формулу (11.4):

при b = 12 м – принимается равным 1 для всех слоев грунта в пределах зоны просадки;

при b = 3 м – вычисляется по формуле

,                         (11.7)

где р – среднее давление под подошвой фундамента, кПа (кгс/см²);

p_sl,i – начальное просадочное давление грунта i -го слоя, кПа (кгс/см²), определяемое в соответствии с указаниями п. 4;

р ₀ – давление, равное 100 кПа (1 кгс/см²);

при 3 м < b < 12 м - определяется по интерполяции между значениями k_sl,i , полученными при b = 3 м и b = 12 м.

При определении просадки грунта от собственного веса следует принимать k_sl = 1 при H_sl = 15 м и k_sl = 1,25 при H_sl ³ 20 м, при промежуточных значениях Н_sl коэффициент k_sl   определяется по интерполяции.

4. За начальное просадочное давление p_sl принимается давление соответствующее:

− при лабораторных испытаний грунтов в компрессионных приборах – давлению, при котором относительная просадочность e_sl равна 0,01;

− при полевых испытаниях штампами предварительно замоченных грунтов – давлению, равному пределу пропорциональности на графике «нагрузка-осадка»;

− при замачивании грунтов в опытных котлованах – вертикальному напряжению от собственного веса грунта на глубине, начиная с которой происходит просадка грунта от собственного веса.

5. Толщина зоны просадки h_sl принимается равной (рис. 11.5):

− h_sl = h_sl,р – толщине верхней зоны просадки при определении просадки грунта от внешней нагрузки s_sl,p , при этом нижняя граница указанной зоны соответствует глубине, где s_z = s_zp + s_zg = p_sl (рис. 11.5 а,б) или глубине, где значение у_z минимально, если s_z,min > p_sl (рис. 11.5 в);

− h_sl = h_sl,g – толщине нижней зоны просадки при определении просадки грунта от собственного веса s_sl,g, т.е. начиная с глубины z_g, где s_z = р_sl или значение s_z  минимально, если s_z,min > p_sl , и до нижней границы просадочной толщи.

6. Возможная просадка грунта от собственного веса s^’_st,g при замачивании сверху малых

 площадей (ширина замачиваемой площади B_w меньше размера просадочной толщи Н_sl ) определяется по формуле

,                      (11.8)

где s_sl,g – максимальное значение просадки грунта от собственного веса, определяемое в соответствии с п.1.

Рис. 11.5. Схемы к расчету просадок основания

a – просадка от собственного веса отсутствует (не превышает 5 см), возможна только просадка от внешней нагрузки s_sl,р в верхней зоне просадки h_sl,р (I тип грунтовых условий); б, в, г – возможна просадка от собственного веса s_sl,g в нижней зоне просадки h_sl,g, начиная с глубины z_g (II тип грунтовых условий); б – верхняя и нижняя зоны просадки не сливаются, имеется нейтральная зона h_n; в – верхняя и нижняя зоны просадки сливаются; г – просадка от внешней нагрузки отсутствует; 1 – вертикальные напряжения от собственного веса грунта s_zg; 2 – суммарные вертикальные напряжения от внешней нагрузки и собственного веса грунта s_z = s_zp + s_zg ; 3 – изменение с глубиной начального просадочного давления p_sl; Н_sl – толщина слоя просадочных грунтов (просадочная толща); d – глубина заложения фундамента.

 

Пример расчета основания по деформации

Определить деформацию основания фундамента многоэтажного бескаркасного здания с несущими стенами из кирпичной кладки без армирования, S_u = 10 см.

Ширина ленточного фундамента b = 1,80 м, среднее давление на подошве равно σ_op = 176 кПа. Глубина заложения подошвы фундамента d = 1,9 м (рисунок 2). Грунтовые условия см. на рисунке 1 и в таблице 1 по 9-му варианту.

На расчетной схеме покажем сечение фундамента на литологическом разрезе, эпюры природных давлений при естественной влажности грунта и при полном водонасыщении, эпюры давления от фундамента и дополнительного давления. Расчеты удобно вести в табличной форме (таблица 4).

 

Сумма давлений от фундамента и от веса грунтов в водонасыщенном состоянии σ_z = σ_zgs + σ_zp монотонно уменьшается с глубиной, но остается всюду большей, чем начальное просадочное давление p_sl, поэтому нижняя граница просадочной толщи совпадает с кровлей слоя глины, не обладающей просадочными свойствами. Относительную просадочность определяем по среднему для расчетного слоя суммарному давлению, используя данные таблицы 1 для 10-го и 11-го номеров варианта (см. также рисунок 1).

Вычислим просадку основания:

S_sl = 0,051 · 0,72 · 2,3 + 0,047·0,58 · 2,3 + 0,036 · 0,86 · 2,4 +0,033 · 0,64 · 2,4 = 0,27 м > 0,10 м, т.е. просадка замоченного основания превысит предельное для данного здания значение 10 см. Необходимо перепроектировать фундамент.

11

σ_zp - давление от внешней нагрузки (дополнительное давление);

σ_zgs- давление от веса водонасыщенного просадочного грунта;

σ_zg - давление от веса просадочного грунта при естественной влажности и S_r < 0,8

Рисунок 2 - Схема к расчету деформации основания фундамента:

 

Т а б л и ц а 4- Пример расчета просадки основания фундамента

i	z м	d+z м	σzgs кПа	αi	σzp кПа	σz кПа	Psl кПа	кПа	ξsl,i		ksl,i
0 1 2 3 4	0 0,72 1,30 2,16 2,80	1,90 2,62 3,20 4,06, 4,70 '	33 47 57 73 84	1,000 0,881 6,687 0,477 0,384	144 126 98 68 55	177 173 155 141 139	55 55 55 50 50	175 164 148 140		0,051 0,047 0,036 0,033		2,3 2,3 2,4 2,4

Пусть новая ширина фундамента b = 4,00 м, глубина заложения подошвы d = 2,60 м, давление на подошве σ_op = 80 кПа.

Расчет см. в таблице 5.

12

Т а б л и ц а 5 - Пример расчета просадки основания фундамента с измененными параметрами

i	z м	d+z м	σzgs кПа	α	σzp кПа	σz кПа	Psl кПа	кПа	ξsl,i	ksl,i
0 1 2 3	0 0,58 1,44 2,08	2,60 3,20 4,06 4,70	47 57 73 84	1,000 0,984 0,900 0,805	51 50 46 41	98 107 109 125	55 55 50 50	103 108 117	0,025 0,022 0,025	0,9 1,0 1,0

Вычислим просадку основания с новыми параметрами:

S_sl = 0,025 · 0,58 · 0,9+0,022 · 0,86 · 1,0+0,025 · 0,64 · 1,0 = 0,048 м < 0,10 м, что меньше предельного значения.

Рассчитаем осадку фундамента с новыми параметрами на грунтах естественной влажности, приняв значения модулей деформации: супеси Е₁ = 9 МПа, суглинка Е₂ = E₃ = 13 МПа, глины Е₄ = Е₅ = 18 МПа (таблица 6).

Вычислим осадку фундамента:

S = 0,8 · (51 · 0,58/9000 + 48 · 0,86/13000 + 44 · 0,64/13000 + 37 · ·1,12/18000 + 29 · 1,60/18000) = 0,011 м.

Полная деформация просадочного основания составит

S = 0,011 + 0,048 = 0,059 м < 0,10 м.

Окончательно принимаем следующие параметры ленточного фундамента: d = 2,60 м, b = 4,00 м, σ_op = 80 кПа

Т а б л и ц а 6 - Расчет осадки незамоченного основания фундамента

i	z м	d+z м	σzg кПа	α	σzp кПа	кПа	Ei кПа
0	0	2,60	29	1,000	51
						51	9000
1	0,58	3,20	48	0,984	50
						48	13000
2	1,44	4,06	62	0,900	46
						44	13000
3	2,08	4,70	72	0,805	41
						37	18000
4	3,20	5,80	93	0,642	33
						29	18000
5	4,80	7,40	123	0,477	24

 

Практическая часть:

По предложенным исходным данным в соответствии со своим вариантом:

1. Определите коэффициент компрессии, коэффициент относительной сжимаемости и модуль общей деформации грунта.

2. Постройте график линейной зависимости τ = f(σ) и найдите угол внутреннего трения и удельное сцепление грунта.

3. Определите просадку грунтов основания при увеличении их влажности вследствие замачивания сверху больших площадей.

4. Определите возможную просадку грунта от собственного веса при замачивании сверху малых площадей.

Контрольные вопросы:

1. Что такое механические свойства грунтов? От чего они зависят?

2. Как подразделяются механические свойства грунтов по назначению?

3. Дайте краткую характеристику деформационных свойств грунтов (какие показатели включают, как определяются).

4. Дайте краткую характеристику прочностных свойств грунтов (какие показатели включают, как определяются).

5. Что понимается под просадочностью грунтов? Какие показатели используют для ее оценки?

6. Как классифицируются грунты по просадочности?

7. В соответствие с каким нормативным документом производится определение просадок грунтов основания?

 

Литература:

1. СНиП 2.02.01-83 Основания зданий и сооружений.

 

Практическая работа №19