Анализ инженерно-геологических условий

Анализ инженерно-геологических условий

 

Дано.

Инженерно-геологический разрез приведен на рисунке 1.

 

 

Характеристики грунтов приведены в таблице 1.

Таблица 1

№ инженерно-геологического элемента	2	3	4
Наименование грунта	Супесь	Песок мелкий	Суглинок
Наименование характеристик
Влажность природная, w, д.е.	0,156	0,22	0,28
Влажность на границе текучести, wL, д.е.	0,190	-	0,4
Влажность на границе раскатывания, wP, д.е.	0,15	-	0,26
Удельный вес частиц грунта, g s, кН/м3	27,0	26,7	27,0
Модуль деформации, Е, МПа	7,12	18	20
Коэффициент фильтрации, Кф, м/сут	0,01	0,7	0,0004
Относительная деформация набухания, e sw, д.е.	0,02	-	0,02
Удельный вес, g, кН/м3:
при доверительной вероятности a = 0,95 (1 гр. предельных состояний)	18,9	19,3	19,0
при доверительной вероятности a = 0,85 (2 гр. предельных состояний)	19,0	19,6	19,1
Удельное сцепление, с, кПа
при доверительной вероятности a = 0,95	13,2	0,1	31,0
при доверительной вероятности a = 0,85	13,8	0,2	33,0
Угол внутреннего трения, j, градус
при доверительной вероятности a = 0,95	24,0	35,0	20,0
при доверительной вероятности a = 0,85	25,0	36,0	21,0

 

Требуется: провести анализ строительных свойств грунтов.

Решение.

Вычисляемые характеристики грунтов сведены в таблицу 2.

Таблица 2

№ элемента	Наименование	e = g s/ g II×(1+ w)-1
2	Супесь	0,188	0,67	0,68
3	Песок мелкий	0,65	0,90	0,45
4	Суглинок	0,11	0,89	0,30

 

Инженерно-геологический элемент № 2 – супесь.

Мощность сложения 3,0 м (рисунок 1).

Модуль деформации Е = 10 МПа > 5 МПа, суглинок не относится к сильно сжимаемым грунтам.

S_r = 0,67; е = 0,188.

По e _sw = 0,02– суглинок не набухающий (п. 2.1, [6]).

По I_L = 0,68 супесь мягкопластичная (таблица 5, [6]), сильно пучинистая (таблица 8, [6]).

Инженерно-геологический элемент № 2 не относится к категории слабых грунтов (п. 3.1, [6]).

По (таблица 13, [6]) для I_P = (w_L - w_P)×100 % = (0,190-0,150)×100 %=4 %,

I_L = 0,68 и е = 0,188 интерполяцией находим R _0I = 147 кПа.

Вывод: суглинок может служить естественным основанием для фундаментов мелкого заложения.

 

Инженерно-геологический элемент № 3 – песок мелкий.

Мощность сложения 3,0 м (рисунок 1).

Модуль деформации Е = 18 МПа > 5 МПа, песок мелкий не относится к сильно сжимаемым грунтам.

S_r = 0,9 – песок мелкий(таблица 6, [6]), средне пучинистый (таблица 8, [6]).

Инженерно-геологический элемент № 3 относится к категории слабых грунтов (п. 3.1, [6]).

По (таблица 13, [6]) для I_P = (w_L - w_P)×100 % = -

I_L = 0,45 и е = 0,65 интерполяцией находим R _0I = 147 кПа.

Вывод: песок мелкий не может служить естественным основанием для фундаментов средней глубины заложения, в том числе свайных.

Инженерно-геологический элемент № 4 – суглинок.

Мощность сложения 6,0 м (рисунок 1).

Модуль деформации Е = 19 МПа > 5 МПа, суглинок не относится к сильно сжимаемым грунтам.

S_r = 0, 98; е = 0,11.

По e _sw = 0,02 – суглинок не набухающий (п. 2.1, [6]).

По I_L = 0,30 суглинок тугопластичный  (таблица 5, [6]), слабо пучинистый (таблица 8, [6]).

Суглинок является водоупором К _ф = 4×10^-4 м/сут < 8×10^-4 м/сут (п. 2.10, [6]).

Инженерно-геологический элемент № 4 не относится к категории слабых грунтов (п. 3.1, [6]).

По (таблица 13, [6]) для I_P = (w_L - w_P)×100 % = (0,400-0,260)×100 %= 14,4 %,

I_L = 0,30 и е = 0,11 двойной интерполяцией находим                R _0I = 245 кПа.

Вывод: суглинок может служить естественным основанием для фундаментов глубокого заложения, в том числе свайных.

 

 

Определение размеров фундамента мелкого заложения из расчета основания по первой группе предельных состояний

Дано.

По обрезу фундамента действуют нагрузки (рисунок 3).

1 группа предельных состояний:

1 комбинация

N _0I = 1500 кН, М _{0 х I} = 200 кН×м, F _{0 у I} = 20 кН, М _{0 у I} = 150 кН×м, F _{0 х I} = 12 кН;

2 комбинация

N _0I = 1000 кН, М _{0 х I} = -300 кН×м, F _{0 у I} = -30 кН, М _{0 у I} = -160 кН×м, F _{0 х I} = -15 кН;

2 группа предельных состояний:

1 комбинация

N _0II = 1200 кН, М _{0 х II} = 160 кН×м, F _{0 у II} = 16 кН, М _{0 у II} = 120 кН×м, F _{0 х II}= 9,6 кН;

2 комбинация

N _0II = 800 кН, М _{0 х II} = -240 кН×м, F _{0 у II} = -24 кН, М _{0 у II} = -128 кН×м, F _{0 х II} = -12 кН.

В расчетные комбинации вошли нагрузки с номерами 1, 7, 9 и 15 или 17 (нумерация по таблице 21, [6]).

 

 

Требуется: Из расчета по первой группе предельных состояний основания подобрать размер подошвы фундамента, законструировать фундамент, проверить выполнение условий расчета оснований фундаментов по первой группе предельных состояний.

Решение.

Вычисляем по максимальной вертикальной силе (1 комбинация) ориентировочные размеры подошвы фундамента (формула 8.4, [6]):

для грунта основания супеси R _0I = 147 кПа;    

g _n – коэффициент надежности по назначению сооружения, равный 1,4;

принимаем = 22 кН/м³, g _f = 1,1 (п. 8.4, [6]);

d = 3,1 м (рисунок 2);

50 м².

В первом приближении принимаем h = l / b = 1,2.

Находим ширину подошвы фундамента

5,84 м, принимаем b = 5,8 м.

Находим по (таблица 15, [6]) k ₁ = 0,04; k ₂ = 2.

Расчетное сопротивление основания из нескального грунта осевому сжатию R_I, кПа, вычисляем по (формула 5.1, [6]) при g = 19,62 кН/м³

R_I = 1,7 { R _0I [1 + k ₁×(b - 2)] + k ₂× g ×(d - 3)} =

= 1,7 {147× [1 + 0,04×(5,8 - 2)] + 2×19,62×(3,1 - 3)} = 295 кПа.

Делаем второе приближение по определению размера подошвы фундамента

11,05 м².

Находим ширину подошвы фундамента

3,03м, принимаем b = 3,0 м.

Пересчитываем расчетное сопротивление основания из нескального грунта осевому сжатию R_I

R_I = 1,7 { R _0I [1 + k ₁×(b - 2)] + k ₂× g ×(d - 3)} =

= 1,7 {147× [1 + 0,04×(3,0 - 2)] + 2×19,62×(3,1 - 3)} =267 кПа.

Делаем третье приближение по определению размера подошвы фундамента

12,96 м².

Находим ширину подошвы фундамента

3,28 м, принимаем b = 3,3 м.

Пересчитываем расчетное сопротивление основания из нескального грунта осевому сжатию R_I

R_I = 1,7 { R _0I [1 + k ₁×(b - 2)] + k ₂× g ×(d - 3)} =

= 1,7 {147× [1 + 0,04×(3,3 - 2)] + 2×19,62×(3,1 - 3)} = 283 кПа.

Прекращаем итерации т.к. расхождение между предыдущим и последующим размером расчетного сопротивления меньше 10 %

5,99 %.

Конструируем фундамент.

Вычисляем размер l = h × b = 1,2×3 =3,6 м.

Для колонны сечением 1´1 м (размер сечения колонны выдается в задании на курсовую работу) принимаем размер сечения подколонника 1,2´1,2 м. Делаем фундамент с тремя ступенями высотой 300 мм каждая.

Размер нижней ступени – плитной части фундамента в плане b ´ l = =3´3,6 м. Размер второй снизу ступени 2,4´3 м, третьей – 1,8´2,4 м.

Размеры фундамента показаны на рисунке 4.

 

 

Вычисляем объем и вес фундамента, принимая удельный вес железобетона (материала фундамента) равным 25 кН/м³ и коэффициент надежности по нагрузке для собственного веса железобетона g _f = 1,1

V_f = 1,2×1,2×2,1 + 1,8×2,4×0,3 + 2,4×3×0,3 + 3×3,6×0,3 = 9,72 м³,

N_fI = g _f ×25× V_f = 1,1×25×9,72 = 267,3 кН.

Вычисляем объем и вес грунта на уступах фундамента c коэффициентом надежности по нагрузке для грунта засыпки g _f = 1,1 и принятым удельным весом грунта засыпки 18 кН/м³

V_g = b × l × d – V_f = 3×3,6×3,1 – 9,72 = 23,8 м³,

N_gI = g _f ×18× V_g  = 1,1×18×23,8 = 470,4 кН.

Определяем среднее давление на основание по подошве фундамента по первой группе предельных состояний (формула 8.5, [6])

= 207,2 кПа.

Условие расчета оснований фундаментов по первой группе предельных состояний по среднему давлению (формула 4.2, [6]) выполняется

р _I = 207,2 кПа < = 212 кПа,

2,26 %.

Определяем максимальные краевые давления по подошве фундамента (формула 8.6, [6]). Проверка на действие момента производится раздельно относительно х и относительно у (п.4, [6]).

 

Комбинация

В качестве первой комбинации в курсовой работе принимается комбинация нагрузок с максимальной вертикальной силой по обрезу фундамента.

Для симметричного фундамента без смещения центра тяжести подошвы фундамента относительно центра тяжести сечения конструкции расчетные моменты относительно главных осей x и y подошвы фундамента вычисляются по (формула 8.10, [6]) при нулевых эксцентриситетах

260 кН×м,

186 кН×м.

Моменты сопротивления сечения подошвы фундамента относительно главных осей x и y

6,48 м³,

5,4 м³.

Эксцентриситеты нагрузки, действующей по подошве фундамента (формула 8.8, [6])

0,116 м,

0,083 м.

Относительные эксцентриситеты (формула 8.9, [6])

0,193 < 1,

0,166 < 1.

Расчетное условие по относительному эксцентриситету от действия постоянных и временных нагрузок выполнено (таблица 31, [6]).

Т.к. относительные эксцентриситеты меньше единицы, отрыва подошвы фундамента от грунта основания не происходит и максимальные краевые давления вычисляем по обоим направлениям по (формула 8.6, [6])

247,6 кПа < = 243 кПа;

241,6 кПа < = 243 кПа.

Условие расчета оснований фундаментов по первой группе предельных состояний по краевым давлениям (формула 4.2, [6]) по обоим направлениям выполняются.

Комбинация

Определяем среднее давление на основание по подошве фундамента по первой группе предельных состояний (формула 8.5, [6])

= 160,9 кПа.

Условие расчета оснований фундаментов по первой группе предельных состояний по среднему давлению (формула 4.2, [6]) выполняется

р _I = 160,9 кПа < = 200 кПа.

Для второй и, если имеются, других комбинаций добиваться расхождения между р _I и R_I меньше 5 % не надо.

Вычисляем расчетные моменты относительно главных осей x и y подошвы фундамента по (формула 8.10, [6])

390 кН×м,

205 кН×м.

Эксцентриситеты нагрузки, действующей по подошве фундамента (формула 8.8, [6])

0,224 м,

0,118 м.

Относительные эксцентриситеты (формула 8.9, [6])

0,370 < 1,

0,236 < 1.

Расчетное условие по относительному эксцентриситету от действия постоянных и временных нагрузок выполнено (таблица 31, [6]).

Т.к. относительные эксцентриситеты меньше единицы, отрыва подошвы фундамента от грунта основания не происходит и максимальные краевые давления вычисляем по обоим направлениям по (формула 8.6, [6])

221,6 кПа < = 243 кПа;

198,9 кПа < = 243 кПа.

Условия расчета оснований фундаментов по первой группе предельных состояний по краевым давлениям (формула 4.2, [6]) по обоим направлениям выполняются.

 

Решение.

Класс бетона сваи В15, Е = 24·10 ⁶ кПа, R_b = 8500 кПа.

Арматура 4Æ10А300, R_sc = 270000 кПа, A_stot = 314 мм²= 0,000314 м².

Вычисляем условную ширину сваи и момент инерции поперечного сечения сваи при d = 0,3 м (здесь d - сторона квадратного сечения сваи)

b_p = (1,5 d +0,5) = 1,5·0,3 + 0,5 = 0,95 м,

I = (0,3·0,3³)/12 = 0,000675 м⁴.

Определяем величину h_m по (формула 9.25, [6])

h_m = 3,5 d + 1,5 = 3,5·0,3 + 1,5 = 2,55 м.

Под подошвой ростверка на глубину 2,55 м свая прорезает только один слой грунта песок пылеватый, поэтому коэффициент пропорциональности находим по таблице 4 без пересчета по (формулы 9.26 и 9.27, [6]). Для суглинка с I_L = 0,68 интерполяцией находим К = 4000 кН/м⁴.

Вычисляем коэффициент деформации

0,748 м^-1.

Находим l ₁

2,67 м,

где l _с = 0 (для низкого ростверка).

Т.к. свайный фундамент проектируем из одних только вертикальных несущих свай и расположим их в расчетном направлении не менее чем в два ряда, расчетная длина сваи l ₀ = l ₁ = 2,67 м.

Площадь поперечного сечения сваи A = 0,3·0,3 = 0,09 м².

Гибкость сваи 8,9 < 20, несущую способность сваи по материалу вычисляем по (формула 9.30, [6])

 

 = 0,9· (8500·0,09+270000·0,000314) = 765 кН,

 

где для кратковременной нагрузки j = 0,9 (п. 9.11, [6]).

 

Анализ инженерно-геологических условий

 

Дано.

Инженерно-геологический разрез приведен на рисунке 1.

 

 

Характеристики грунтов приведены в таблице 1.

Таблица 1

№ инженерно-геологического элемента	2	3	4
Наименование грунта	Супесь	Песок мелкий	Суглинок
Наименование характеристик
Влажность природная, w, д.е.	0,156	0,22	0,28
Влажность на границе текучести, wL, д.е.	0,190	-	0,4
Влажность на границе раскатывания, wP, д.е.	0,15	-	0,26
Удельный вес частиц грунта, g s, кН/м3	27,0	26,7	27,0
Модуль деформации, Е, МПа	7,12	18	20
Коэффициент фильтрации, Кф, м/сут	0,01	0,7	0,0004
Относительная деформация набухания, e sw, д.е.	0,02	-	0,02
Удельный вес, g, кН/м3:
при доверительной вероятности a = 0,95 (1 гр. предельных состояний)	18,9	19,3	19,0
при доверительной вероятности a = 0,85 (2 гр. предельных состояний)	19,0	19,6	19,1
Удельное сцепление, с, кПа
при доверительной вероятности a = 0,95	13,2	0,1	31,0
при доверительной вероятности a = 0,85	13,8	0,2	33,0
Угол внутреннего трения, j, градус
при доверительной вероятности a = 0,95	24,0	35,0	20,0
при доверительной вероятности a = 0,85	25,0	36,0	21,0

 

Требуется: провести анализ строительных свойств грунтов.

Решение.

Вычисляемые характеристики грунтов сведены в таблицу 2.

Таблица 2

№ элемента	Наименование	e = g s/ g II×(1+ w)-1
2	Супесь	0,188	0,67	0,68
3	Песок мелкий	0,65	0,90	0,45
4	Суглинок	0,11	0,89	0,30