новая папка 1 / 231759

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Оренбургский государственный университет»

Кафедра строительных конструкций

Д.А. Украинченко, В.П. Перов

РАСЧЕТ ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ ПО ДЕФОРМАЦИЯМ С УЧЕТОМ ПРОСАДКИ ГРУНТОВ

Рекомендовано к изданию Редакционно-издательским советом федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Оренбургский государственный университет» в качестве методических указаний для студентов, обучающихся по программам высшего профессионального образования

по направлению подготовки 270800.62 Строительство

Оренбург

2013

УДК 624.13 ББК 38.58 У45

Рецензент - кандидат технических наук И. С. Иванов

Украинченко Д.А.

У45 Расчет оснований и фундаментов по деформациям с учетом просадки грунтов: методические указания к выполнению расчетно-графической работы по дисциплине «Проектирование фундаментов в региональных грунтовых условиях»/ Д.А. Украинченко, В.П.Перов; Оренбургский гос. ун-т. - Оренбург: ОГУ, 2013 – 18 с.

Методические указания предназначены для выполнения курсового проекта по дисциплине «Основания и фундаменты» для студентов всех форм обучения направления подготовки 270800.62 Строительство.

УДК 624.13 ББК 38.58

Украинченко Д.А. Перов В.П., 2013

ОГУ, 2013

2

Содержание

3

Введение

Проблема проектирования, и строительства зданий и сооружений на про-

садочных грунтах является одной из наиболее актуальных в фундаментостроении на сегодняшний день. Данное обстоятельство обусловлено широким распространением просадочных грунтов, неизбежным повышением стоимости строительства при учете просадочных деформаций, возникающими иногда недопустимыми деформациями в конструкциях зданий и сооружений при недостаточно полном учете просадочных деформаций.

К просадочным грунтам относятся лессы, лессовидные супеси, суглинки и глины, некоторые виды покровных суглинков и супесей, а также в отдельных случа-

ях мелкие и пылеватые пески с повышенной структурной прочностью.

Просадочные грунты широко распространены на значительной части террито-

рии Украины, республик Средней Азии, Казахстана, Северного Кавказа, Поволжья,

Восточной и Западной Сибири.

Значительные площади заняты лессовыми грунтами в Румынии, Венгрии,

Болгарии, Югославии, Испании, Индии, Китае, Иране, Афганистане, странах Север-

ной Африки, Южной Америки, США и др.

Просадочные грунты распространены и на территории Оренбургской области,

в частности в районах, непосредственно прилегающих к городу Оренбургу.

Недостаточный учет специфических свойств лессовых грунтов при проекти-

ровании и возведении зданий и сооружений приводит к авариям и повреждениям,

требующим дорогостоящих мероприятий по усилению несущих конструкций или делающим невозможной дальнейшую эксплуатацию зданий или сооружений.

С другой стороны, проекты фундаментов, обеспечивающие нормальную экс-

плуатацию зданий и сооружений, оказываются дорогостоящими. В частности, в

грунтах с высокой просадочностью стоимость фундаментов может приближаться к стоимости надземной части, что заставляет проектировщиков отказываться от пло-

щадок, сложенных такими грунтами, из экономических соображений.

Проблема, таким образом, заключается в обеспечении надежной работы со-

4

оружения при одновременном повышении экономичности фундаментов, что невоз-

можно выполнить без всестороннего изучения особенностей просадочных грунтов.

В предлагаемой работе рассматриваются основные характеристики просадоч-

ных грунтов и методы определения просадочных деформаций.

При подготовке настоящих указаний предполагается, что студенты уже зна-

комы с основными принципами расчета и проектирования оснований и фундамен-

тов, поэтому некоторые положения приводятся со ссылками на литературу без до-

полнительных пояснений.

1 Основные характеристики просадочных грунтов

1.1 Сущность и природа просадочности грунтов

Отличительная особенность просадочных грунтов заключается в их способно-

сти, находясь в напряженном состоянии от воздействия внешней нагрузки от фун-

дамента или от собственного веса вышележащих слоев грунта при повышении влажности (замачивании), давать дополнительную осадку. Деформация грунта, обу-

словленная замачиванием под нагрузкой, при которой происходит резкое изменение структуры грунта, называется просадкой. Просадка грунтов при замачивании может достигать 1,0 м.

Просадочность грунтов обуславливается особенностями процесса формирова-

ния и существования толщ этих грунтов, в результате чего они находятся в недоуп-

лотненном состоянии, что выражается плотностью грунта в сухом состоянии в пре-

делах 1,2-1,5 т/м3.

Просадка грунта - это сложный физико-химический процесс.

Основным его проявлением является уплотнение грунта за счет перемещения и более компактной укладки отдельных частиц и их агрегатов, благодаря чему по-

нижается общая пористость грунта и наоборот, не повышается плотность сложения.

При повышении влажности ослабляются цементационные карбонатные связи между частицами. Кроме того, пленки воды, играя роль связи, облегчают скольже-

5

ние частиц и содействуют более плотной их укладке под воздействием давления.

Таким образом, необходимыми условиями для проявления просадки грунта

являются:

-наличие нагрузки от собственного веса грунта или фундамента, способной при увлажнении преодолевать силы связности грунта;

-достаточное увлажнение.

При наличии этих двух факторов и происходит просадка грунта.

1.2 Показатели и критерии просадочности

Просадочностью грунтов и возможность ее проявления оценивается по пока-

зателям н критериям просадочности.

Показатели просадочности определяют склонность грунтов к просадкам и представляют собой совокупность характеристик грунтов, от которых зависит их просадочность, но нельзя определить количественную величину возможной проса-

дочности грунта.

Одним из показателей, определяющим склонность лессовых грунтов к просад-

кам, является степень влажности. Считается, что при степени влажности Sr<0,8 пы-

левато-глинистые грунты могут быть просадочными.

Вторым показателем является показатель просадочности:

где е - коэффициент пористости грунта природного сложения и влажности;

еL- коэффициент пористости, соответствующий влажности на границе те-

кучести WL, определяющийся по формуле:

где s - плотность твердых частиц грунта;

w - плотность воды, принимается равной 1,0 т/м3 .

6

К просадочным относятся пылевато-глинистые грунты, для которых при чис-

ле пластичности 1,01<Ip<0,1; 0,1 < Ip < 0,14; 0,14< Ip < 0,22 показатель просадочно-

сти Iss соответственно меньше 0,1; 0,17 и 0,24.

Критерии просадочности связаны с внешними воздействиями, при опеделен-

ных величинах которых, возможно развитие просадки грунтов.

Критериями просадочности являются начальное просадочное давление РSL и

начальная просадочная влажность WSL. Критерии просадочности тесно связаны ме-

жду собой и при комплексном рассмотрении их вместе с относительной просадоч-

ностью SL дают достаточно полную характеристику просадочных грунтов.

Относительная просадочностъ представляет собой отношение изменения толщины слоя грунта при его замачивании под заданным давлением к его первона-

чальной толщине в природном залегании и равняется:

где hn.р – высота образца грунта природной влажности, обжатого заданным давлением, мм;

hn.g – высота образца грунта природной влажности, обжатого давлением,

равным природному, мм;

hsat p – высота того же образца грунта после пропуска через него воды при сохранении давления, мм.

Грунт с SL 0,01 рассматривается как практически непросадочный.

Начальное просадочное давление РSL представляет собой минимальное давле-

ние от фундамента или собственного веса грунта, при котором начинает проявляться при помощи водонасыщении просадка грунта. По своей сущности это давление, нару-

шающее природную структурную прочность грунта в водонасыщенном состоянии, в

результате чего фаза нормального уплотнения переходит в фазу просадки, сопровож-

дающуюся перестройкой структуры грунта и интенсивным уплотнением.

За величину начального просадочного давления, по результатам компрессион-

ных испытаний, принимается давление, при котором относительная просадочность

7

SL = 0,01 т.е. та величина, ниже которой грунты считаются непросадочными.

Начальная просадочная влажность WSL – это влажность, при которой проса-

дочные грунты, находящиеся под нагрузкой от фундаментов или собственного веса грунта, начинают проявлять просадочные свойства.

Начальная просадочная влажность тесно связана с начальным просадочным давлением. Каждому давлению на грунт соответствует определенная величина влажности, при которой начинает проявляться просадка.

Величина начального просадочного давления и начальной просадочной влаж-

ности имеют важное практическое значение для проектирования зданий и сооруже-

ний на лессовых просадочных грунтах. Эти показатели используются для расчета просадки при замачивании просадочной толщи: для определения величины давле-

ния на просадочный грунт, при котором просадка от нагрузки фундаментов будет отсутствовать; для назначения необходимой глубины устранения просадочных свойств и т.д.

Просадка лессовых грунтов проявляется только в тех случаях, когда суммар-

ное давление от фундамента и собственного веса грунта превышает начальное про-

садочное давление. При давлении меньше величины начального просадочного дав-

ления и при влажности меньше начальной просадочной влажности, просадка от соб-

ственного веса грунта и нагрузки от фундамента отсутствует.

2 Развитие просадочных деформаций по глубине

При расчете общей величины ожидаемых деформаций суммируются: просад-

ки, получаемые от давления по подошве фундамента, с просадками от собственного веса грунта и обычная осадка.

Если известно начальное просадочное давление, то можно графически опре-

делить границы областей зон деформаций.

В общем случае просадки по глубине характеризуются наличием трех харак-

терных зон (рисунок 1):

1 - верхняя зона просадки, в пределах которой происходит просадка грунта под совместным действием нагрузки от фундамента и собственного веса грунта. Она

8

распространяется от подошвы фундамента до глубины, на которой вертикальные напряжения от нагрузки фундамента (σzp) и собственного веса грунта (σzq), равняются величине просадочного давления РSL, т.e. σzp + σzq = РSL ;

2 - нейтральная или пассивная зона, в которой деформации грунта при замачи-

вании практически отсутствуют, так как суммарные напряжения от собственного веса грунта (σzq) и нагрузки фундамента (σzp) в ней меньше величины начального просадочного давления, т.е. σzq + σzp < РSL;

3 - нижняя зона просадки, в пределах которой происходит просадка грунта от его собственного веса. Начинается она с глубины, где вертикальные напряжения от собственного веса грунта равняются начальному просадочному давлению (σzq = РSL)

и заканчивается на нижней границе просадочной толщи

Рисунок 1- Зоны деформаций просадочного грунта в основании

(общий случай)

В зависимости от давления, передаваемого подошвой фундамента на грунт, и

толщины слоя просадочного грунта из общего случая могут быть выделены различ-

9

ные частные случаи:

а - при относительно небольшом значении начального просадочного давления нейтральная зона может отсутствовать, просадки грунта от собственного веса могут возникать уже на нижней границе; верхней зоны просадки (верхняя и нижняя зоны просадки сливаются);

б - при сравнительно небольшой мощности просадочной толщи и достаточно высоком значении начального просадочного давления, может отсутствовать нижняя зона просадки, т.е. - просадки грунта от собственного веса нет;

в - при сравнительно небольших внешних нагрузках может отсутствовать верхняя зона просадки, т.е. просадка будет происходить только от собственного веса грунта в пределах нижней зоны просадки.

Общий характер просадки грунтов наблюдается в тех случаях, когда фунда-

мент возводят на естественном основании. При подготовке оснований путем уплот-

нения просадочных грунтов тяжелыми трамбовками, устройства грунтовых поду-

шек, закреплении верхнего слоя грунта при вытрамбовывании котлованов или сни-

жении давления на грунт до величины начального просадочного давления, общий случай деформации грунтов переходит в частный случай «в».

Грунтовые условия строительных площадок в зависимости от возможности проявления просадки грунтов от собственного веса при их замачивании подразде-

ляются на два типа:

I тип - толщина просадочных грунтов, в которых просадки грунта от их собст-

венного веса отсутствуют, или возможные величины просадки не превышают 5см,

причем просадка грунта происходит в основном в пределах верхней зоны;

II тип - это толщи просадочных грунтов, в которых величина просадок от соб-

ственного веса грунта превышает 5 см.

Деление грунтовых толщ на типы по просадочности является чрезвычайно важным методологическим приемом, определяющим подход к проектированию и возведению зданий и сооружений на просадочных грунтах. От правильного опреде-

ления типа грунтовых условий во многом зависит надежное существование проек-

тируемых объектов в процессе строительства и эксплуатации.

10