Механика грунтов, основания и фундаменты.

Контактная сопротивляемость грунту

Закон КУЛОНА: этот закон позволяет оценить прочность грунта под действием нагрузки. Основными параметрами j-угол внутреннего трения, С- удельное сцепление.

где — коэффициент внутреннего трения,

Закон сопротивления сыпучих грунтов сдвигу: предельное сопротивление сыпу­чих грунтов сдвигу прямо пропорционально нормальному на­пряжению. Этот закон называется законом Кулона.

Для связных грун­тов: Предельное сопротивление связных грунтов сдвигу при завершен­ной их консолидации есть функция первой степени от нормально­го давления (сжимающего напряжения).

Структкрно-фазовая деформативность грунтов.

Принцип общей линейной деформированности (Определение напряжённого деформированного состояния грунтов).

Принцип линейной деформируемости, а именно: при небольших изменениях давлений можно рассматривать грунты как линейно деформируемые тела, т.е. с достаточной для практических целей точностью можно принимать зависимость между общими дефорнациями и напряжениями для грунтов ли­нейной.

Математическое описание: (1-фаза уплотнения, 2-фаза сдвигов, 3-фаза разрушения)

3. Порядок проектирования фундаментов на естественном основании.

В качестве исходных данных для проектирования должны быть:

1. Отчет по инженерно геологическим изысканиям; 2. Генплан застройки; 3. Общие конкретные решения подземной части; 4. Данные о расчетных нагрузках и их сочетании; 5. Характеристики фундаментов и нагрузок на них для рядом расположенных объектов.

По исходным данным в соответствии с заданиями порядок проектирования имеет вид:

1. Анализ инженерно геологических условий (АИГУ):- Опред. физико-мех. хар-к грунтов е, j_n, C_n, Е, R_0; - Построение инженерно-геологического разреза; - Заключение. Сбор нагрузок на отм. обреза фунд.

2. Определение глубины заложения фундамента (с уч. геолог., гидролог., климат.условий, хар-ра и вел-ны нагрузок, констр. особ. зд.):

Определение нормативной глубины сезонного промерзания по формуле: , либо по схематической карте. Определение расчетной глубины сезонного промерзания по формуле: , где - учитывает влияние тепло-влажностного режима помещения. Глубина заложения должна быть .

3. Определение размеров фундаментов.

. Ro – расчетное сопротивление, под подошвой фундамента. Уточнение расч. сопротивления грунта припринят b по формуле:

-для центр.нагруж. фунд-тов

-для внецентренно нагруж.фунд.

4. Конструирование:

- выбор конструктивной схемы;- обоснование схемы работы фундамента;- техническая конструктивная схема фунд.;- тип и к-ция гидроизоляции.

5. Расчет фунд. по деф-ям (Определяем осадку фундамента).

Метод послойного суммирования: Строится эпюра распределения вертикальных напряжений от собственного веса грунта в пределах глубины (4 ÷ 6)·b ниже подошвы фундамента по формуле: . Определяется дополнительное (к природному) вертикальное напряжение в грунте под подошвой фундамента и строится эпюра распределения дополнительных (к боковому) вертикальных напряжений в грунте по формуле: . Определяется нижняя граница сжимаемой зоны (0.2·σ_Zg≈σ_Zp). Проверяем условие:

Метод эквивалентного слоя:

где - мощность эквивалентного слоя

где коэф. относительной сжимаемости.

6. Конструиров. фунд. (подбор арм-ры, разм. фунд, стакан, покол., кол-во ступ., расчет на продавл., попер. силу и т.д.)

7. Разраб. раб. по подготовке оснований, отрывке котлованов и монт. Фунд.

8. Разраб. рекомендаций по эксплуат. построенных зд. и сооруж.

Расчет лент. фунд.

1 Оценка инженерно-геологических условий строительной площадки (определение наименования грунтов, е, jn, Cn, Е, R0).

2 Сбор нагрузок на отметке обреза фундамента

3 Глубина заложения подошвы фундамента

4 Определение размеров фундамента: . Уточнение расчетного сопротивления грунта при принят. b по формулам:

-для центр. нагруж. фунд-тов

-для внецентр. нагруж.фунд.

Выбирается плита, если расч. ширина фунд. не совпад. с шириной плиты, то необход. проектировать прерывистые фунд. Число плит в прерыв. фунд. - . (где А_в-суммарная пл-дь плит в прер. фунд.; А_s-пл-дь плиты).

Расстояние между плитами: , где l - длина плиты, м.

Среднее давление по подошве плит: .

5 Определяем осадку фундамента.

5.1. Метод послойного суммирования: Строится эпюра распред. вертикальных напряж. от собств. веса гр. в пред. глубины (4 ÷ 6)·b ниже подошвы фунд. по формуле: . Опред. доп.(к природному) вертикальное напряж. в грунте под подошвой фунд. и строится эпюра распред. доп. (к боковому) вертикальных напряж. в гр.: .

Опред. нижняя граница сжимаемой зоны (0.2·σZg≈σZp). Пров. условие:

5.2. Метод эквивалентного слоя: , где - мощность эквивалентного слоя

где коэф. относительной сжимаемости.

Фунд., как прав., раб. на сж., и такие фунд. наз. жесткими. Но быв. случаи, когда фунд. д. воспринимать и растяг. усилия, -гибкий фунд.

Сб. фунд. состоит из 2 эл-ов: подушки, выполн. из ж/б блоков, прямоуг. формы, уклад. на тщательно утрамб. песч. подготовку толщиной 150 мм, и вертик. стенки из блоков в виде бетонных прямоуг. параллелепипедов.

Изг. момент в плите М_{Sd , i}, кН∙м, центр. нагруж. лент. фунд. в рассм. сечении на единицу длины в плоскости и из плоскости изгиба опред.:

a_i - длина консоли плиты фундамента в рассматриваемом сечении, м;

p - среднее давление по подошве фундамента, кПа,

N_I - вертикальная нагрузка, приложенная по верху фундамента, кН;

A_f- площадь подошвы фундамента, м².

Расчет по I гр. ПС (по прочности) фунд. производят с уч. изг. момента в плите М_{Sd , i} от расч. нагрузок. Пл-дь сеч. продольной раб. арм-ры опред.:

f_yd – расч. сопрот. ненапряг. арм-ры, кПа;d_i – раб. высота ступени фунд., м.

Насыпные и намывные гр.

- из прир. мат-ла; - из пром. отходов.

Особенностью строительства явл-ся след:

1. необход. устранение деформаций до начала стр-ва;

2. необход. применение спец-х конструкций фундаментов;

Применение песчаной подушки.

3. необход. рассм. комплекс мероприятий по обеспечению условий нормальн. эксплуатации или приспособ. объект к восприятию деформаций (ф-ты в вытрамбованных котлаванах).
8. Порядок проектирования свайных фундаментов.

1. Оценка инженерно-геологических условий

2 Сбор нагрузок

3 Назначают глубину заложения подошвы ростверка. Конструктивная глубина заложения подошвы ростверка: d₁ = 0.15 + h_c +h_g, где h_c - глубина стакана, принимаемая не менее большего размера попер. сечения колонны плюс 0.05 м для возможности рихтовки колонны при монтаже.

4 Определяют тип, вид и размер сваи.

5 Определение несущей способности сваи по грунту, опред. нагр. По грунту и мат-лу.

Опред.несущей способности висячей сваи производится по формуле: .

Расчетная допустимая нагрузка на сваю: .

Опред. кол-во свай и конструирование ростверка: .

Уточняем нагрузку, перед. на сваю.

Центр. загруж. фунд.:

Внецентр. загруж. фунд.:

6. Расч. св. фунд. по деф-циям. включают:

- проверка среднего давления по подошве фунд.

- опред. осадки (по м-ду послед. суммирования, по м-ду эквив. слоя , по м-ду Барталамея)

7 расчет ростверка

8 опред проектный отказ и выбор сваебойного оборуд. (Отказ сваи – средняя вел-на погруж. в грунт забивной сваи от 1-го залога.)

Исходя из принятой в проекте расч. нагрузки, допуск. на сваю, опред. мин.энергия удара Э: Э = 1.75 · α · Р, Далее производим проверку пригодности принятого молота по условию: , Для контроля несущей способн. свайных фунд. и окончат. оценки применимости выбранного молота опред. отказ сваи:
9.Фундаменты глубокого заложения и основы их расчёта.

Основные типы: 1) опускные колодцы, 2) сваи оболочки, 3) буровые сваи, 4) кессоны, 5) стена в грунте.

При больших нагрузках, прикладываемых к обрезу фундамента используются фундаменты глубокого заложения. Отличии: сооружаются способами, исключающие предварительное отрытие котлована; работа основания, нагруженная нагрузкой от грунта работает иначе; большая передача горизонтальной нагрузки; кроме реактивной нагрузки введены в расчёт силы трения, развивающиеся по боковой поверхности. Кессон устраивается при высоком уровне грунтовых вод и на глубину 40 м. Колодцы из сборных ж/б элементов и погружаются с помощью вибрационных машин.Æот 1 до 6 м. Изготовление: изготавливается арматурный каркас, собирается опалубка, каркас заполняется бетоном, уплотняется бетон. Колодцы погружаются под действием собственного веса. Сваи – силы лобового сопротивления зависят от вида грунта и глубины на которой находится остриё сваи. Сваи длинные и короткие; вертикальные, наклонные, козловые; забивные и набивные; с низким и высоким ростверком; призматические и трубчатые; стальные, деревянные, ж/б.

Особенности их проектирования и расчетов: 1.они не требуют устр-ва открытых котлованов;2.нагрузка на основание может передаваться ч/з подошву ф-та только лишь частично;

1. Опускные колодцы

Устройство опускного колодца: 1 - стенка; 2 - уступ; 3 - ножевая часть; 4 - банкетка; 5 - стальной нож; 6 – грейфер

 

3. Кессон

 

Общий вид кессона:

1 - подмости; 2 - шлюзовой аппарат; 3 - материальный шлюзовой прика-мерок; 4 - людской шлюзовой прикамерок; 5 - шахтная труба; 6 - трубопровод сжатого воздуха; 7 - бадья с грунтом; 8 - надкессонная кладка;

9 - надкессонная обшивка; 10- потолок кессона; 11 - кессонная камера; 12- стены кессона; 13 - лестница; 14 - тельфер; 15- вагонетка с грунтом.

 

 

Механика грунтов, основания и фундаменты.

1. Физические характеристики грунтов и методы их определения.

2. Основные закономерности механики грунтов.

3. Порядок проектирования фундаментов на естественном основании.

4. Определение несущей способности свай практическим способом.

5. Ленточные фундаменты, конструкции и расчет.

6. Фундаменты под колонны, конструкции и расчет.

7. Фундаменты в сложных инженерно-геологических условиях.

8. Порядок проектирования свайных фундаментов.

9. Фундаменты глубокого заложения и их расчет.

10. Методы улучшения свойств грунтов оснований и усиление конструкций фундаментов при реконструкции зданий и сооружений.

11. Механические характеристики грунтов и методы их определения.

12. Метод испытания свай статической нагрузкой.

13. Виды деформаций зданий и сооружений.

14. Искусственные основания. Методы их устройства.

 

 

1. Физические характеристики грунтов и методы их определения.

При нарушении структурных связей грунта его свойства изменяются, поэтому необходимо изучать состояние грунта при ненарушенной структуре. Для этого в процессе инж.-геологических изысканий из шурфов и скважин отбирают образцы грунта и экспериментально определяют 3 основные характеристики:влажность;

плотность; плотность частиц грунта.

Рассмотрим выделенный из грунта образец объемом V=1 см³:

Мысленно разделим его на 2 части: 1-я часть, занятая твердыми частицами, объемом Vs, и 2-я, занятая порами, расположенными м/у этими частицами, объемом равным Vпор. Пространство, занятое порами можно разделить т.ж. на 2 части, одна из кот-х занята водой, объемом Vw, а другая воздухом. .

Масса твердых частиц в объеме V_о равна m_s, а масса воды – m_w

Природная весовая влажность грунта (W) – отношение массы воды, содержащейся в порах грунта, к массе грунтового скелета: , %.

Определяется взвешиванием образца грунта естественной влажности до и после высушивания (до постоянной массы) при температуре 100-105 ⁰С.

Плотность грунта (ρ) – отношение массы образца грунта к его объему: , г/см³.

Зависит от минералогического состава, пористости и влажности (ρ=1,4…2,2 т/м³).

Методы определения плотности грунта:

- метод режущего кольца – применяется для связных грунтов, легко поддающихся резке, а т.ж. песчаных грунтов ненарушенного сложения и естественной влажности;

- метод взвешивания в воде – для связных грунтов, трудно поддающихся резке.

Плотность частиц грунта (ρ_s) – отношение массы частиц грунта к объему, занимаемому этими частицами: , т/м³. (ρ_s=2,4…2,8 т/м³).

Определяется с помощью мерных сосудов (пикнометров), емкостью не менее 100 см³ (пикнометрический метод).

В расчетах чаще всего используются не значения ρ и ρ_s, а g и g_s – соответственно удельный вес грунта и удельный вес частиц грунта.

, кН/м³; , кН/м³ (g=9,81 м/с²).

Зная ρ, ρ_s и W можно вычислить ряд производных хар-к грунта:

- Плотность сухого грунта ρ_d – отношение массы скелета грунта (исключая воду в порах) m_s к объему этого грунта V_о:

, т/м^3;где: ρ – плотность гр., г/см³; w – влажность гр., %.

- Пористость грунта n – отношение объема пор V_пор к объему всего грунта V₀: ;

где: ρ – плотность грунта, г/см³; ρ_d – плотность сухого грунта, г/см³;

ρ_s – плотность частиц грунта, г/см³; w – влажность грунта, %.

- Коэффициент пористости е – отношение объема пор V_пор к объему частиц грунта V₀:

Песчаные грунты по плотности их сложения разделяют, в зависимости от коэффициента пористости на:прочные (плотные);средней прочности (средней плотности);малопрочные (рыхлые).

- Степень влажности S_r – доля заполнения пор грунта водой - отношение влажности W к полной влагоемкости грунтов W_sat:

где: ρ_w – плотность воды, г/см³.

По степени влажности грунты бывают: а) маловлажные (0<S_r 0,5);б) влажные (0,5<S_r 0,8);в) насыщенные водой (0,8<S_r 1).

Классификационные показатели:

Наименование определяют по гранулометрическому составу: гравелистые, крупные, средней крупности, мелкие, пылеватые.

Глинистые грунты по Ip=W_l-W_p числу пластичности: супеси, суглинки, глины. W_l-верхний предел пласт-ти (предел текучести) Граница текучести w _L — влажность грунта, при которой грунт находится на границе пластичного и текучего состояний.

W_p -нижний предел пластичности(предел раскат-ия). Граница раскатывания (пластичности) w _p — влажность грунта, при кото­рой грунт находится на границе твердого и пластичного состояний.I_L=(W-W_p)/(W_L-W_p)- показатель консистенции. Суглинки и глины по I_L делятся на твёрдые, полутвёрдые, тугопластичные, мягкопластичные, текучие.

2.Основные закономерности механики грунтов.

1. Сжимаемость - происх. за счет измен. объема ч-ц гр., уменьш. пор при сдвиге ч-ц относ. друг друга, при уплотнении. Закон уплотнения (Расчёт осадок фундамента). Данный закон описывает поведение грунтов под действием нагрузки. Основными параметрами деформативности грунтов является m_v- коэф. относительного уплотнения; E₀- модуль общей деформации (учит. наличие в грунтах остаточных и упругих деф.)

- коэф. сжимаемости = отношению изменения коэффициента пористости к величине действующего напряжения. –коэф. относит. сжимаемости

 

-з-н уплотнения-измен. Коэф. пористости прямопропорционально изменению давления.

 

2. Водонепроницаемость. Уплотнение водонас. гр. происх. за сч. уменьш. пористости, а след-но и влажности, значит во время уплотнения из гр. выдел. вода.

Закон ламинарной фильтрации(Дарси) (Для прогноза осадок во времени). Основными параметрами характеризующие действие подземных вод явл. К_ф-коэф. фильтрации

- для песч. гр.; - для глинист. гр.; где — скорость фильтрации, — коэффициент фильтрации, I-напорный градиент

v_в v_в = К_ф I v_в = К_ф (I-I_н)

 

песок пылевато-глинистые

 

 

 

 

 

I_н I

Начальный гидравлический градиент

 

Закон ламинарной фильтрации (Дарси) формулируется так: скорость фильтрации прямо пропорциональна гидравличе­скому градиенту