Оценка инженерно-геологических данных строительной площадки

Пример 1.1. Оценить инженерно-геологические условия строи­тельной площадки № 1 (рис. 1.2), данные о грунтах которой при­ведены в табл. 1.2.

Решение. Вначале определим вид грунта, оценим состояние и выясним свойства отдельных его слоев, затем дадим общую оценку грунтовых условий строительной площадки № 1.

1. Первый слой грунта (образец № 1), скважина № 1, глубина отбора образца 1,5 м. Определяем число пластичности по формуле (1.7): Iр=0; следовательно, грунт песчаный.

Вид песчаного грунта устанавливаем по гранулометрическому составу: частиц >0,5 мм содержится 22%, >0,25 мм -17%, >0,1 мм - 67%. Таким образом, частиц >0,1 мм содержится менее 75 %, что по табл. 1 3 соответствует пылеватому песку.

Коэффициент пористости по формуле (1.3) 2680

 

Е= (1 +0-15)-1 =0,666,

 

что по табл. 14 соответствует песчаному грунту средней плотности. Определяем степень влажности по формуле (1.4):

SR = 0,15x2680/0,666x1000 = 0,604,

 

Рис. 1.2. К примеру 1.1

1 - места отбора образцов

 

что по табл. 1.5 соответствует влажному песку.

Окончательно устанавлива­ем, грунт - песок пылеватый, средней плотности, влажный и может служить естественным основанием.

2. Второй слой грунта (об­разец № 2), скважина № 1,

глубина отбора образца 4 м. Определяем число пластичности: Iр =0,18-0,13 = 0,05; по табл. 1.2 классифицируем грунт как супесь.

Находим коэффициент пористости:

е = (1 +0,16)-1 =0,618.

Определяем показатель текучести по формуле (1.8);

IL= = 0,6,

что по табл. 1.6 характеризует грунт, находящийся в пластичном со­стоянии.

Окончательно устанавливаем: грунт — супесь в пластичном со­стоянии и может служить естественным основанием.

3. Третий слой грунта (образец № 3), скважина № 1, глубина отбора образца 6,0 м. Определяем число пластичности: Iр = 0; сле­довательно, грунт песчаный.

Вид песчаного грунта устанавливаем по гранулометрическому составу: частиц >0,5 мм содержится 3%, >0,25 мм - 12%, >0,1 мм - 87%. Таким образом частиц >0,1 мм содержится более 75 %, что по табл. 1 3 соответствует мелкому песку.

Коэффициент пористости:

е = (1 +0,22)-1 =0,598.

что соответствует плотному песку.

Степень влажности:

SR= ,

что по табл. 1.5 соответствует насыщенному водой песку.

Окончательно устанавливаем: грунт - песок мелкий, плотный, насыщенный водой и может служить естественным основанием.

4. Четвертый слой грунта (образец № 4), скважина № 4, глуби­на отбора образца 10 м. Определяем число пластичности: Iр = 0,36-0,22 = 0,14;

По табл. 1.2 классифицируем грунт как суглинок.

 

Таблица 1.2. Данные лабораторного исследования грунтов (к примерам 1.1 и 1.2)

 

№ образца № скважины Глубина отбора образца, м Содержание, %, частиц размером, мм  
            10-2 2-0.5 0,5-0,25 0.25-0,1 0,10-0.05 0.05-0,01 0,01-0,005 <0,005
Площадка №1 (пример 2.1)
1,5 2.0 20,0 25,0 20,0 20,0 11,0 1,0 1,0
4,0 - 3,0 11,0 36,0 24,0 8,0 12,0 6,0
6,0 - 3,0 9,0 75,0 10,0 1,0 1,0 1,0
10,0 - 0,4 0,2 0,6 10,0 2,2 12,0 74,0
Площадка №2 (пример 2.1)
3,5 1,2 27,0 29,0 39,0 2,8 1,0 1,0 0,2
6,5 - 10,0 10,0 15,0 10,0 20,0 15,0 20,0
10,0 - 1,0 3,0 9,0 15,0 25,0 16,0 31,0

 

 

Продолжение табл. 2.2

№ образца № скважины Глубина отбора образца, м Содержание, %, частиц размером, мм  
            10-2 2-0.5 0,5-0,25 0.25-0,1 0,10-0.05 0.05-0,01 0,01-0,005 <0,005
Площадка №1 (пример 2.1)
1,5 2.0 20,0 25,0 20,0 20,0 11,0 1,0 1,0
4,0 - 3,0 11,0 36,0 24,0 8,0 12,0 6,0
6,0 - 3,0 9,0 75,0 10,0 1,0 1,0 1,0
10,0 - 0,4 0,2 0,6 10,0 2,2 12,0 74,0
Площадка №2 (пример 2.1)
3,5 1,2 27,0 29,0 39,0 2,8 1,0 1,0 0,2
6,5 - 10,0 10,0 15,0 10,0 20,0 15,0 20,0
10,0 - 1,0 3,0 9,0 15,0 25,0 16,0 31,0

 

Таблица 1,2. Данные лабораторного исследования грунтов (к примерам 1.1 и 1.2)

№ образ­ца № сква- жины Глубина отбора образца, м Влажность. %, на границе Плотность, кг/м. Влаж- ность % Коэффициент фильтрации Kф, м/с Коэффициент относитель­ной сжима­емости а0, МПа-1 Модуль об­щей Дефор­мации Еа, МПа
Текучести wL раскаты­вания wp Твердых частиц естественная
        Площадка № 1 (пример 2.1)      
1,5 15,0 7-Ю—3 0,0493 15,0
4,0 18,0 13,0 16,0 2- Ю-11 0,0435 17,0
6,0 22,0 8-10-1» 0,0231 32,0
10,0 35,0 22,0 28,0 2-10-" 0,0207 30,0
        Площадка № 2 (пример 2.2)      
3,5 22,0 8-Ю-9 0,0296 25,0
6,5 32,0 19,0 25,0 5-10—10 0,0517 12,0
10,0 43,0 23,0 27,0 3-10—" 0,021 20,5

Рис. 1.3. К примеру 1.3

 

Находим коэффициент пористости:

е = (1 +0,28)-1 =0,779.

Показатель текучести;

IL= = 0,429,

 

что по табл. 1.6 соответствует суглинку тугопластичному.

Окончательно устанавливаем: грунт - суглинок тугопластичный и может служить естественным основанием.

Общая оценка строительной площадки № 1: согласно геологиче­скому разрезу, площадка (см. рис. 1.2) характеризуется спокойным рельефом с абсолютными отметками 130,5-130,8. Грунты имеют слоистое напластование с выдержанным залеганием грунтов. Каж­дый из слоев может служить естественным основанием.

Пример 1.2. Оценить инженерно-геологические условия строи­тельной площадки № 2 (рис. 1.3), данные о грунтах которой при­ведены в табл. 1.2.

Решение. Определим вид грунта, оценим состояние и выясним свойства отдельных слоев грунта.

1. Первый слой грунта (образец № 5), скважина № 3, глубина отбора образца 1,5 м. Определяем число пластичности: Iр =0; сле­довательно, грунт песчаный.

Вид песчаного грунта устанавливаем по гранулометрическому составу: частиц >0,5 им содержится 28,2%; >0,25 мм - 57,2%. Таким образом, частиц >0,25 мм содержится более 50 %, что по табл. 1.3 соответствует песку средней крупности.

Коэффициент пористости:

е = (1 +0,22)-1 =0,663

что по табл. 1.4 соответствует песку средней плотности.

Степень влажности:

SR =0,22.2660/0,663-1000 = 0,882,

что по табл. 1.5 характерно для песка, насыщенного водой.

Окончательно устанавливаем: грунт — песок средней крупности, средней плотности, насыщенный водой и может служить естествен­ным основанием.

2. Второй слой грунта (образец № 6), скважина № 3, глубина отбора образца 6,5 м. Определяем число пластичности: Iр = 0,32-0,19 = 0,13.

По табл. 1.2 классифицируем грунт как суглинок.

Коэффициент пористости:

е = (1 +0,25)-1 =0,805;

Показатель текучести:

IL= = 0,462,

что по табл. 1.6 соответствует суглинку тугопластичному.

Окончательно устанавливаем: грунт - суглинок тугопластичный и может служить естественным основанием.

3. Третий слой грунта (образец № 7), скважина № 4, глубина отбора образца 10 м. Определяем число пластичности: Iр = 0,43-0,23 = 0,2.

По табл. 1.2 классифицируем грунт как глину.

Коэффициент пористости:

е = (1 +0,27)-1 =0,746;

Показатель текучести:

IL= = 0,2,

что по табл. 1.6 соответствует полутвердой глине.

Окончательно устанавливаем: грунт - глина полутвердая и мо­жет служить естественным основанием.

Общая оценка строительной площадки № 2: согласно геологи­ческому разрезу площадка (см рис. 1.3) характеризуется спокой­ным рельефом с абсолютными отметками 115,7-116,0. Грунты име­ют слоистое напластование с выдержанным залеганием грунтов. Каж­дый из слоев может служить естественным основанием.

1.4. Нагрузки для расчета оснований и фундаментов

 

Нагрузки, на которые производится расчет оснований и фундаментов зданий и сооружений, необходимо устанавливать, исходя из результатов рас­чета, учитывающего совместную работу сооружения и основания. Нагрузки на основания можно определить и без учета их перераспределения несущими конструкциями здания. Это возможно в следующих случаях: при возведении зданий и сооружений, относящихся к III классу долговечности; при расчете общей устойчивости фунтового массива совместно с возводимым зданием: при определении средних значений деформаций основания, если расчет де­формаций выполняется в стадии привязки типового проекта к местным грун­товым условиям района строительства.

Нагрузки, учитываемые при расчетах оснований и фундаментов, под­разделяют на постоянные, временные (длительно действующие), кратко­временные и особые.

Постоянные нагрузки действуют в течение всего времени эксплуата­ции, а временные - в отдельные периоды и могут иногда полностью пре­кращать свое действие. К постоянным нагрузкам относят собственный вес конструкции и их элементов, а также вес и давление грунтов. Постоянные нагрузки определяют по проектным данным на основании геометрических размеров и удельного веса материалов, из которых они изготовлены.

К временным длительно действующим нагрузкам относят вес времен­ных перегородок, вес различного стационарного оборудования; давление га­зов и жидкостей, нагрузку от складируемых материалов, температурные технологические воздействия, воздействия неравномерных осадок основания без изменения структуры грунта, температурные климатические воздействия и воздействия от усадки и ползучести.

К кратковременным нагрузкам относят вес людей, ремонтных мате­риалов, нагрузки, образующиеся при изготовлении и возведении строитель­ных конструкций, нагрузки от Подвижного подъемно-транспортного обору­дования, нагрузки на перекрытия жилых и общественных зданий, снеговые и ветровые нагрузки.

Следует заметить, что при расчете оснований по несущей способности нагрузки на перекрытия и снеговая считаются кратковременными, а при рас­чете по деформациям - длительными.

К особым нагрузкам относят сейсмические и взрывные воздействия, а также нагрузки, вызываемые резкими нарушениями технологического про­цесса в результате временной неисправности или поломки оборудования, и, наконец, воздействия от неравномерных осадок, сопровождающиеся измене­ниями структуры грунта. При расчетах оснований следует учитывать нагруз­ки от складируемого материала и оборудования, размещаемого около фунда­ментов в процессе строительства.

Различают два типа нагрузок - нормативные и расчетные. Норматив­ные определяют по нагрузкам и воздействиям согласно СНиП [6]. Расчетную нагрузку получают умножением нормативного значения на коэффициент на­дежности по нагрузке.

При проектировании по предельным состояниям экономичность и на­дежность, несущая способность и нормальная эксплуатация обеспечиваются расчетными коэффициентами, которые позволяют раздельно учесть особен­ности физико-механических свойств грунтов оснований, специфику дейст­вующих нагрузок, ответственность и особенности конструктивных схем зда­ний и сооружений.

Коэффициент надежности по нагрузке f учитывает возможность слу­чайного отклонения (в сторону увеличения) внешних нагрузок в реальных условиях от нагрузок, принятых в проекте. В расчетах по второй группе пре­дельных состояний (по деформациям) f = 1.

При расчетах по первой группе предельных состояний f =1,1 ... 1.3 -для постоянных нагрузок и f =1,1 ... 1,4 - для временных. Для грунтов в при­родном залегании f = 1,1, насыпных - f = 1,15.

Проектирование многоэтажных зданий требует учета малой вероятно­сти одновременного загружения всех междуэтажных перекрытий временной нагрузкой. Для этого вводят понижающий коэффициент цг1Л. Для квартир жилых зданий, спальных комнат общежитии, домов отдыха, санаториев, больниц и служебных помещений административного и научно-технического персонала

n1=0,4+ .

Для зрительных, читальных, спортивных, обеденных залов, выставоч­ных, торговых, концертных и других аналогичных помещений

n2=0,5+ .

где п - количество этажей; А - площадь загружения рассматриваемых соору­жений.

Все конструкции, в том числе фундаменты, а также их основания все­гда рассчитывают на наиболее неблагоприятные комбинации нагрузок, кото­рые дают максимальные усилия. Эти комбинации нагрузок называют сочета­ниями нагрузок, которые подразделяют на основные и особые. Основное со­четание состоит из постоянных, временных и кратковременных нагрузок, особые сочетания дополнительно включают в себя и особые нагрузки.

При определении расчетных сочетаний вероятность одновременного действия нескольких, различных по своему характеру нагрузок учитывают с помощью коэффициента сочетаний.

Если основное сочетание включает в себя только одну временную нагрузку, значение последней учитывается без снижения, а при двух или более их умножают на коэффициент 1=0,95 (для длительных) и 2=0.9 (для крат­ковременных). При расчете на особые сочетания длительные нагрузки умно­жают на коэффициент 1= 0,95, кратковременные - на 2 = 0,8, кроме случа­ев, специально оговоренных нормами; особая нагрузка при этом не снижает­ся.

Расчет оснований по деформациям и несущей способности должен производиться на основное сочетание нагрузок, а при наличии особых нагру­зок несущую способность основания должны проверять дополнительно и на особое сочетание. Причем полезная нагрузка на перекрытия и снеговая, ко­торые по данным строительных норм могут быть длительными и кратковре­менными, при расчете оснований по деформациям считаются длительными, а по несущей способности - кратковременными.

Приведенные сочетания нагрузок отвечают условиям работы конст­рукций, которые находятся в пределах упругой стадии работы, т. е. в услови­ях, когда снятие внешней нагрузки приводит к полному восстановлению де­формаций, что дает возможность использовать принцип независимости дей­ствия сил.

Для грунтов оснований указанные сочетания нагрузок применимы только в случае однократного, синхронного (одновременного) приложения всех нагрузок, действующих впоследствии постоянно. Это положение не все­гда выполняется, так как временные нагрузки имеют тенденцию к колебани­ям в сторону уменьшения или увеличения в процессе эксплуатации, а посто­янные изменяются в процессе возведения здания.

Так как осадки грунтов оснований протекают во времени и складыва­ются из упругих (восстанавливающихся) и остаточных, то при наличии пере­рывов в загружении следует учитывать режим изменения нагрузки, опреде­ляя вклад предыдущего этапа нагружения в долю общей осадки, тем самым более полно отражая общую картину деформирования основания.

Определяя итоговую осадку, необходимо установить, какую долю общей осадки вызывает постоянная нагрузка, а какую - временная, а также выяснить соотношение между ними, т. е. какая нагрузка будет преобладаю­щей. Выявляя последовательность приложения постоянных и временных на­грузок, а также длительность их действия, т. е. осуществляя дифференциро­ванное назначение сочетания нагрузок с заранее заданным режимом измене­ния, можно более достоверно определять конечные значения осадок с учетом их неравномерности на различных этапах нагружения.

При расчете оснований и фундаментов используют специальные ко­эффициенты. Коэффициенты надежности по грунту g и материалу m учи­тывают отклонение расчетных значений физико-механических характеристик грунтов или материалов, появляющееся вследствие неоднородности или не­точности определения в лабораторных или полевых условиях, случайных от­клонений при отборе проб или образцов.

Коэффициент надежности по назначению сооружения n учитывает степень долговечности и капитальности проектируемого здания или соору­жения, недостаточное соответствие расчетных схем реальным условиям ра­боты оснований, фундаментов и всего здания в целом, а также погрешность, вносимую самой теорией предельных состояний.

Коэффициент условий работы c учитывает благоприятные или не­благоприятные условия работы оснований, фундаментов и всего здания в це­лом, а в некоторых случаях и отдельных слоев грунта, которые могут оказать влияние на переход основания в предельное состояние, и некоторые другие факторы, не отраженные в расчетах.