1 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ Белорусский национальный технический университет Кафедра «Геотехника и экология в строительстве» МЕХАНИКА ГРУНТОВ, ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ Практикум по дисциплине «Инженерная геология, гидрогеология, механика грунтов, основания и фундаменты» для студентов специальности 1-70 04 03 «Водоснабжение, водоотведение и охрана водных ресурсов» Под общей редакцией доктора технических наук, профессора М. И. Никитенко Минск БНТУ 2013  2 УДК 624.131+624.15(076.5)(075.8) ББК 38.58я7 М54 Составители : магистр технических наук, ассистент кафедры «Геотехника и экология в строительстве» С. В. Игнатов; кандидат технических наук, преподаватель кафедры «Геотехника и экология в строительстве» В. Н. Кравцов; кандидат технических наук, доцент кафедры «Геотехника и экология в строительстве» В. А. Сернов; ассистент кафедры «Геотехника и экология в строительстве» Ю. В. Анисимов; кандидат технических наук, преподаватель кафедры «Геотехника и экология в строительстве» И. Л. Бойко; кандидат технических наук, доцент кафедры «Геотехника и экология в строительстве» С. Н. Банников; магистр технических наук, ассистент кафедры «Геотехника и экология в строительстве» М. Сани Бабак Рецензенты : кандидат технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Геотехника и транспортные коммуникации» УО «БрГТУ» П. В. Шведовский; кандидат технических наук, доцент кафедры «Строительные конструкции» УО «ПГУ» А. П. Кремнев М54 Механика грунтов, основания и фундаменты : практикум по дисциплине «Инженерная геология, гидрогеология, механика грунтов, основания и фундаменты» для студентов специальности 1-70 04 03 «Водоснабжение, водоотведение и охрана водных ре- сурсов» / сост.: С. В. Игнатов [и др.];. под ред. М. И. Никитенко – Минск : БНТУ, 2013. – 184 с. ISBN 978-985-550-026-2. Практикум служит для проведения практических занятий по соответствующему раз- делу дисциплины «Инженерная геология, гидрогеология, механика грунтов, основания и фундаменты». Издание предназначено для студентов специальности 1-70 04 03 «Водоснабжение, водоотведение и охрана водных ресурсов», а также может быть использовано для прове- дения практических занятий со студентами строительных специальностей БНТУ. УДК 624.131+624.15(076.5)(075.8) ББК 38.58я7 ISBN 978-985-550-026-2 © Белорусский национальный технический университет, 2013 3 СОДЕРЖАНИЕ Введение…………………………………………………………. 6 Термины, определения и основные условные обозначения…. 7 Общие сведения о правилах расчета и проектирования оснований и фундаментов………………………………………. 11 Раздел I. Механика грунтов…………………………………… 13 Занятие 1 13 Задача 1. Классификация песчаного грунта………………….. 13 Задача 2. Определение влажности глинистого и песчаного грунта по результатам лабораторных исследований…………. 16 Занятие 2 18 Задача 3. Классификация глинистых грунтов по числу пластичности Iр и показателю текучести IL ……………………. 18 Задача 4. Определение модуля общей деформации грунта по результатам компрессионных испытаний………………….. 20 Занятие 3 27 Задача 5. Определение механических характеристик грунта по результатам его испытания на срез в одноплоскостном сдви- говом приборе………………………………………………. 27 Задача 6. Определение коэффициента фильтрации и оценка возможности возникновения механической суффозии………. 34 Занятие 4 39 Задача 7. Определение нормальных и касательных составляющих напряжений в массиве грунта от вертикальной сосредоточенной силы, приложенной к его поверхности……. 39 Задача 8. Расчет напряжений от вертикальной равномерно распределенной нагрузки………………………………………. 41 Занятие 5 44 Задача 9. Определение напряжений под жестким круглым фундаментом…………………………………………………….. 44 Задача 10. Определение напряжений под жестким ленточным фундаментом…………………………………………………….. 46 Раздел II. Проектирование оснований и конструкций плитных фундаментов…………………………………………. 49  4 Занятие 6 49 Задача 11. Оценка физико-механических свойств грунта по результатам испытаний………………..……………………... 49 Задача 12. Построение геологического профиля строительной площадки по результатам инженерно-геологических изысканий………………………………………………………… 55 Занятие 7 58 Задача 13. Определение глубины промерзания грунтов……… 58 Задача 14. Построение эпюры распределения напряжений от собственного веса грунта…………………………………….. 60 Занятие 8 63 Задача 15. Определение расчетного сопротивления грунта основания…………………………………………………………. 63 Задача 16. Назначение и проверка размеров центрально и внецентренно нагруженного фундамента…………………… 67 Занятие 9 70 Задача 17. Построение эпюр вертикальных сжимающих напряжений в основании плитного фундамента по глубине вдоль центральной оси от равномерно распределенного дополнительного давления……………………………………… 70 Задача 18. Определение конечной осадки плитного фундамента мелкого заложения методом послойного суммирования………………………………………. 72 Занятие 10 73 Задача 19. Конструирование и расчет тела плитного столбчатого фундамента мелкого заложения………………….. 73 Задача 20. Вычисление несущей способности грунта основания плитного фундамента по методике EUROCODE 7.. 77 Занятие 11 82 Задача 21. Определение крена плитного фундамента жестких сооружений………………………..…………………… 82 Задача 22. Расчет оснований фундаментов по несущей способности……………………………………………………… 85 Занятие 12 91 Задача 23. Проверка прочности подстилающего слоя………... 91 5 Задача 24. Расчет длительно нагруженных оснований плитных фундаментов существующих сооружений при их ремонте и реконструкции……………………………….. 94 Раздел III. Проектирование свайных фундаментов и анкеров………………………………………………………… 99 Занятие 13 99 Задача 25. Определение физико-механических характеристик грунтов по результатам зондирования…………………………. 99 Задача 26. Определение допускаемой на сваю расчетной Нагрузки практическим методом по данным норм Республики Беларусь…………………………………………….. 102 Занятие 14 111 Задача 27. Определение несущей способности сваи по результатам зондирования…………………………………… 111 Задача 28. Конструирование свайных фундаментов………….. 114 Занятие 15 120 Задача 29. Расчет осадки свайного фундамента………………. 120 Задача 30. Определение несущей способности буроинъекционного анкера……………………………………… 125 Раздел IV. Проектирование котлованов, подпорных стен, подземных трубопроводов, оснований фундаментов в сложных (специфических) инженерно-геологических условиях………………………………………………………….. 134 Занятие 16 134 Задача 31. Расчет конструкций подземных трубопроводов, туннелей…………………………………………………………... 134 Задача 32. Расчет водопритока в котлован и системы водоотведения……………………………………………………. 138 Занятие 17 141 Задача 33. Расчет пропускной способности кольцевого дренажа…………………………………………………………… 141 Задача 34. Расчет подпорных стен…………………………… 145 Приложение 1. Исходные данные к задаче 25 (инженерно- геологические характеристики слоев)…………………………. 153 Приложение. 2. Геологическая колонка строительной площадки с графиками статического и динамического зондирования к условию задачи 25…………………………….. 155  6 ВВЕДЕНИЕ Цель практикума  закрепить знания теоретических основ пред- мета в практическом их приложении, ознакомить студентов с норма- тивной базой Республики Беларусь (соответствующими ТНПА) и справочной литературой, привить практические навыки определения и оценки показателей физико-механических и деформационных свойств грунтов, проектирования фундаментов зданий и сооружений. В издании излагаются вопросы определения и оценки характери- стик свойств грунтов, водопроницаемости, деформативности, проч- ности и напряжений в грунтах, расчета, конструирования и реконст- рукции фундаментов (плитных и свайных). Даются необходимые данные по инженерно-геологическим изысканиям. Приводятся ис- ходные данные к задачам (по вариантам): схемы сооружений, на- грузки, свойства грунтов и др. Методика решения задач соответствует СТБ 9432007 «Грунты. Классификация», ТКП 45-5.01-2542012 «Основания и фундаменты зданий и сооружений. Основные положения. Строительные нормы проектирования», ТКП 45-5.01-67–2007 «Фундаменты плитные», ТКП 45-5.01-256–2012 «Основания и фундаменты зданий и сооруже- ний. Сваи забивные. Правила проектирования и устройства», П2–2000 к СНБ 5.01.01–99 «Проектирование забивных и набивных свай по результатам зондирования грунтов», СНБ 5.03.01–2002 «Бетонные и железобетонные конструкции», DIN EN 1997–1: 2008–10, ЕВРОКОД 7 «Геомтехническое проектирование. Часть 1: Общие правила» и другим действующим в Республики Беларусь ТНПА. 7 ТЕРМИНЫ, ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ Основные условные обозначения приняты в соответствии с дейст- вующими нормативными документами (СТБ 1648–2006 «Строитель- ство, основания и фундаменты. Термины и определения» и др.), при- ведены ниже и разбиты по группам для удобства поиска. Редко упот- ребляемые обозначения даны в расшифровках к формулам. Некоторые из символов могут применяться для нескольких величин. Характеристики грунтов ρ – плотность, т/м3; ρd – плотность в сухом состоянии, т/м3; ρs – плотность частиц грунта, т/м3; e – коэффициент пористости; w – влажность природная, %; wp – влажность на границе пластичности (раскатывания), %; wL – влажность на границе текучести, %; Sr – степень влажности; Ip – число пластичности, %; IL – показатель текучести; γ – удельный вес, кН/м3; γsb – удельный вес с учетом взвешивающего действия воды, кН/м3; с – удельное сцепление, кПа; φ – угол внутреннего трения, °; ν – коэффициент Пуассона; Е – модуль деформации грунта, МПа; Нагрузки, напряжения, сопротивления F – сила, расчетное значение силы, кН; Fv, Fh – вертикальная и горизонтальная составляющие силы, кН; N – сила нормальная к подошве фундамента либо расчетная на- грузка, допускаемая на сваю, кН; G – собственный вес фундамента, кН; q – равномерно распределенная вертикальная пригрузка, кПа;  8 р – среднее давление под подошвой фундамента, кПа; σ – нормальное напряжение, кПа; τ – касательное напряжение, кПа; сопротивление грунта груза, МПа; R – расчетное сопротивление грунта основания (предел линейной зависимости «нагрузка–осадка»), кПа; Fu – сила предельного сопротивления основания, соответствующая исчерпанию его несущей способности, кН; dif – среднее значение удельного сопротивления i-го слоя грунта в пределах участка h на боковой поверхности сваи по данным ударного динамического зондирования, кПа; Fs – удельное сопротивление грунта на участке боковой поверхно- сти зонда (муфте трения), кПа; sif – среднее значение удельного сопротивления i-го слоя грунта на боковой поверхности зонда в пределах h на боковой поверхности сваи по данным статического зондирования, МПа: Fd – расчетная несущая способность грунта основания забивной защемленной в труте сваи, кН; Fu – частное значение предельного сопротивления сваи в точке ста- тического или динамического зондирования, кН; pd – условное динамическое сопротивление грунта погружению ко- нуса, МПа; qdi – удельное сопротивление i-го слоя грунта в пределах участка z под нижним концом сваи по данным ударного динамического зонди- рования, МПа; dR – среднее значение предельного сопротивления грунта под нижним концом сваи по данным ударного динамического зондирова- ния в рассматриваемой точке, МПа; fR – то же, на боковой поверхности сваи по данным статического зондирования, МПа; fdR – среднее значение предельного сопротивления грунта на бо- ковой поверхности сваи по данным ударного динамического зондиро- вания в рассматриваемой точке, МПа; fuR – предельное сопротивление грунта под условной опорой бо- ковой поверхности сваи в рассматриваемой точке, МПа. 9 Деформации оснований и сооружений sz – вертикальная полная деформация основания (осадка), мм; szg – то же, от собственного веса грунта, мм; szp – то же, дополнительное от внешней нагрузки (давления фун- дамента), мм; i – крен фундамента (сооружения); u – горизонтальное перемещение, мм; su – предельное значение деформации основания, мм. Геометрические характеристики b – ширина подошвы фундамента, м; В – ширина подвала, м; l – длина подошвы фундамента, м; η = l/b – соотношение сторон подошвы фундамента, м; А – площадь подошвы фундамента; площадь поперечного сече- ния сваи, м2; L – длина здания, м; d, dN, d – глубина заложения фундамента соответственно от уровня планировки, от поверхности природного рельефа и от пола подвала. м; db – глубина подвала от уровня планировки, м; df, dfn – глубина сезонного промерзания грунта соответственно расчетная и нормативная, м; dw – глубина расположения уровня подземных вод, м; h – толщина слоя грунта, м Нc – толщина сжимаемой толщи, м; Н – толщина линейно-деформируемого слоя, м; е – эксцентриситет равнодействующей внешней нагрузки по от- ношению к центру подошвы фундамента, м; z – глубина (расстояние) от подошвы фундамента, м; DL – отметка планировки; NL – отметка природного рельефа; FL – отметка подошвы фундамента; BC – нижняя граница сжимаемой толщи; WL – уровень подземных вод; Afu – площадь условной опоры боковой поверхности сваи, м2;  10 d – размер меньшей стороны сечения сваи, м; dср – средний размер стороны сечения фундамента, м; h – глубина погружения сваи в грунт, м; hi – толщина i-гo слоя грунта, м; U – периметр поперечного сечения ствола сваи, м; z – участок, расположенный в пределах одного диаметра d выше и на четыре диаметра 4d ниже отметки острия проектируемой сваи, м; zi – толщина i-гo слоя грунта в пределах участка z, м. Усилия от внешних нагрузок и воздействий M – изгибающий момент, кН·м; N – продольная сила, кН; Q – поперечная сила, кН; Fpеr – продавливающая сила, кН; F – реакция сваи, кН. 11 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРАВИЛАХ РАСЧЕТА И ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ Расчет оснований и конструкций фундаментов зданий и соору- жений следует производить в соответствии с требованиями ТНПА по двум группам предельных состояний: I (первой) – по потере несущей способности или непригодности к эксплуатации; II (второй) – по деформациям оснований и фундаментов соору- жений. Для оценки предельных состояний первой группы производятся расчеты: – несущей способности грунта основания и тела фундамента (по соответствующим нормам на применяемый вид материала); – фильтрационной прочности и дренажа (в случае необходимости). Для оценки предельных состояний второй группы производятся расчеты: – по деформациям оснований сооружений от внешних нагрузок и собственного веса грунта; – по образованию и раскрытию трещин в конструкциях фунда- ментов (по соответствующим нормам на применяемый вид мате- риала). Выполняемые расчеты при любых воздействиях и их сочетаниях должны гарантировать исключение возможности наступления пре- дельных состояний, приводящих к разрушению оснований и фун- даментов или нарушению требований безопасности, пригодности к нормальной эксплуатации, долговечности, охраны здоровья людей, окружающей среды, а также эстетических, конструктивных или технологических регламентов, предъявляемых к внешнему виду надземных конструкций, работе оборудования, приборов, механиз- мов и др. Проектирование оснований и фундаментов должно осуществ- ляться с учетом напряженного состояния и деформаций оснований и конструкций сооружений в условиях пространственной работы и при наличии геометрической и физической нелинейности, анизо- тропности, пластических и реологических свойств материалов и грунтов.  12 Нормативные и расчетные значения характеристик грунтов, нагру- зок, воздействий для расчета оснований фундаментов обозначаются: – нормативные – с индексом «N», например N, N, cN, NN; – для расчетов по первой группе предельных состояний – с ин- дексом «I», например I, I, cI; NI; – то же, по второй группе – с индексом «II», например II, II, cII, NII. 13 Раздел I МЕХАНИКА ГРУНТОВ Занятие 1 Задача 1 Классификация песчаного грунта Указания к решению задачи Песчаные грунты по гранулометрическому составу делятся: – на гравелистый – масса более 25 % частиц крупнее 2 мм; – крупный – масса более 50 % частиц крупнее 0,5 мм; – средний – масса более 50 % частиц крупнее 0,25 мм; – мелкий – масса 75 % и более частиц крупнее 0,1 мм; – пылеватый – масса менее 75 % частиц крупнее 0,1 мм. Содержание в грунте каждой фракции X вычислять по формуле 100 , %,AX B  где A – вес данной фракции грунта, г; B – вес пробы грунта, взятой для анализа, г. Расчет содержания песчаной фракции производится в таблице 1.1. Таблица 1.1 – Расчет содержания песчаной фракции Гранулометрический состав грунта № слоя Диаметр фракции, мм > 10 10–5 5–2 2–1 1–0,5 0,5–0,1 0,1–0,01 < 0,01 Σ Масса фракции, г 1 %-е содержание фракции Для большей наглядности и удобства сравнения различных грунтов между собой гранулометрический состав обычно изобра- жают графически, чаще в виде суммарной кривой гранулометриче- ского состава или методом треугольных координат. Для построения кривой гранулометрического состава заполняют таблицу 1.2  14 Таблица 1.2 – Содержание каждой фракции в грунте, % слой Слой Диаметр частиц каждой фракции, мм 1 2 Диаметр частиц по совокупности фракций, мм 1 2 > 10 10,0–5,0 Менее 10,0 5,0–2,0 5,0 2,0–1,0 2,0 1,0–0,5 1,0 0,5–0,1 0,5 0,1–0,01 0,1 < 0,01 0,01 Рисунок 1.1 – Область построения кривой гранулометрического состава По кривой гранулометрического находят показатель максималь- ной неоднородности грунта (меру неоднородности гранулометриче- ского состава песка) по формуле 95 max 50 5 ,dU d d  где d95, d50, d5 – диаметры частиц, мм, меньше которых в данном грунте содержится по массе соответственно 95, 50 и 5 % частиц. 15 По показателю максимальной неоднородности грунты подразде- ляют: – на однородные – Umax < 4; – среднеоднородные – 4 ≤ Umax ≤ 20; – неоднородные – 20 ≤ Umax ≤ 40; – повышенной неоднородности – Umax > 40. Условие задачи По результатам исследований, приведенных в таблице 1.3, по- строить график кривой гранулометрического состава, определить наименование песчаного грунта и оценить показатель его неодно- родности. Вариант принимается в соответствии с порядковым но- мером в списке группы. Таблица 1.3 – Исходные данные к задаче 1 Гранулометрический состав (по фракциям), г № варианта > 10 10–5 5–2 2–1 1,0–0,5 0,5–0,1 0,1–0,01 < 0,01 1 7,2 14,1 14,6 19,0 20,3 17,8 11,2 3,8 2 1,3 7,5 14,3 8,6 32 30,0 7,3 5,0 3 5,0 11,7 17,4 16,0 27,3 10,0 12 4,1 4 7,2 24,4 10,9 6,2 26,3 14,3 19,9 5,8 5 2,3 21,5 15,8 11,6 21,6 29,2 14,0 3,0 6 3,2 29,4 14,0 6,7 26,7 25,5 15,6 4,9 7 – 2,1 16,8 7,7 27,2 53,2 10,6 12,4 8 – 8,1 5,4 15,9 19,1 27,9 13,3 27,4 9 – 1,7 17,8 10,0 39,1 33,6 21,0 16,8 10 – – 12,2 5,2 27,8 49,4 34,4 14,0 11 – 2,5 6,0 6,9 17,7 56,1 26,7 24,1 12 – 12,2 2,7 3,4 15,5 79,2 60,9 55,9 13 4,8 11,9 3,7 8,1 16,5 62,9 80,1 52,0 14 7,6 16,2 42,7 32,0 25,8 16,5 14,6 4,6 15 – – 18,2 27,5 20,3 34,6 25,4 14 16 – – 5,5 5,1 40,2 47,6 26,9 14,7 17 18,8 30,7 36,5 17,3 12,8 20,7 9,0 4,2 18 – – 16,1 19,0 18,8 27,2 11,9 7,0 19 – – 2,7 4,4 18,3 76,3 52,4 5,9 20 – – 12,2 5,2 20,8 93,4 24,4 24,0 21 – 0,7 3,4 4,9 19,1 53,0 36,5 22,4  16 Окончание таблицы 1.3 Гранулометрический состав (по фракциям), г № варианта > 10 10–5 5–2 2–1 1,0–0,5 0,5–0,1 0,1–0,01 < 0,01 22 – – 14,7 14,4 23,4 63,1 29,9 14,5 23 14,4 17,5 13,1 14,0 28,7 13,8 14,0 14,5 24 – 1,2 7,3 14,1 16,8 39,5 35,0 6,1 25 – 2,5 2,8 11,0 7,8 36,1 40,5 19,3 26 21,4 15,4 13,4 11,9 24,9 24,4 13,0 5,6 27 – 11,7 23,7 34,2 22,6 31,8 29,1 6,9 28 7,5 17,8 11,9 6,7 11,7 25,4 10,6 7,3 29 – 10,0 14,4 7,5 19,1 15,5 16,1 0,7 30 – 25,4 27,5 27,9 6,7 24,1 7,5 5,5 Задача 2 Определение влажности глинистого и песчаного грунта по результатам лабораторных исследований Указания к решению задачи Природная влажность грунта определяется как отношение массы воды, удаленной из грунта, к массе высушенного грунта: 1 0 0 100 , %,m mw m m   где m – масса пустого бюкса, г; m1 – масса влажного грунта c бюксом, г; m0 – масса высушенного грунта с бюксом, г. Для глинистых грунтов следует дополнительно определять его влажность на границе раскатывания wp и на границе текучести wL. Условие задачи Определить влажность w песчаного и глинистого грунтов, для глинистого грунта также влажности на границе раскатывания wp и на границе текучести wL. Исходные данные приведены в таблице 2.1. Вариант принимается в соответствии с порядковым номером в спи- ске группы. Результаты оформить по образцу (см. таблицу 2.1). 17 Таблица 2.1 – Исходные данные к задаче 2 Природная влажность песка wп, % Природная влажность глины wгл, % Влажность на границе раскатывания wp, % Влажность на границе текучести wL, % № Вари- анта Масса бюкса, г Бюкс + + влаж- ный грунт Бюкс + + сухой грунт Бюкс + + влаж- ный грунт Бюкс + + сухой грунт Бюкс + + влаж- ный грунт Бюкс + + сухой грунт Бюкс + + влаж- ный грунт Бюкс + + сухой грунт 1 25 86 77 96 80 86 71 90 75 2 22 87 78 97 81 87 72 91 76 3 20 88 79 98 82 88 73 92 77 4 18 89 80 99 83 89 74 93 78 5 16 90 81 100 84 90 75 94 79 6 14 91 82 101 85 91 76 95 80 7 14 92 83 102 86 92 77 96 81 8 16 93 84 103 87 93 78 97 82 9 18 94 85 104 88 94 79 98 73 10 20 95 86 105 89 95 80 99 84 11 22 86 80 86 77 90 71 86 55 12 24 87 81 87 78 91 72 87 56 13 26 88 82 88 79 92 73 88 57 14 28 89 83 89 80 93 74 89 58 15 26 90 84 90 81 94 75 90 59 16 24 91 85 91 82 95 76 91 60 17 22 92 86 92 83 96 77 92 61 18 20 93 87 93 84 97 78 93 62 19 18 94 88 94 85 98 79 94 63 20 16 95 89 95 86 99 80 95 64 21 14 80 71 90 77 86 70 96 75 22 14 81 72 91 78 87 71 97 76 23 16 82 73 92 79 88 72 98 77 24 18 83 74 93 80 89 73 99 78 25 20 84 75 94 81 90 74 100 79 26 22 85 76 95 82 91 75 101 80 27 24 86 77 96 83 92 76 102 81 28 22 87 78 97 84 93 77 103 82 29 20 88 79 98 85 94 78 104 83 30 22 89 80 99 86 95 79 105 84  18 Таблица 2.2 – Результаты расчетов для задачи 2 Масса, г Тип влажности бюкса m бюкса с влажным грунтом m1 бюкса с сухим грунтом m0 воды mw = = m1 – m0 сухого грунта mc = = m0 – m Влажность грунта w = mw / mc·100, % wп wгл wp wL Занятие 2 Задача 3 Классификация глинистых грунтов по числу пластичности Iр и показателю текучести IL Указания к решению задачи Наименование глинистого грунта зависит от пластичности грун- та, определяемой по влажности на границе раскатывания wp и влажности на границе текучести wL. Пластичность – способность глинистого грунта деформиро- ваться под воздействием внешнего давления без разрыва сплошно- сти и сохранять принятую форму после приложения усилия. Разли- чают три состояния глинистого грунта: твердое, пластичное и те- кучее. Границы между ними определяют по соответствующим значениям влажности – wp и wL. Предел раскатывания (пластичности) wp – влажность нижнего предела пластичности, при которой грунт переходит из пластичного состояния в твердое, и наоборот. Предел текучести wL – влажность верхнего предела пластично- сти, при которой грунт переходит из пластичного состояния в теку- чее, и наоборот. Число пластичности Ip = wL – wp . Классификация глинистого грунта в соответствии с числом пла- стичности приведена в таблице 3.1. 19 Таблица 3.1 – Классификация грунтов по числу пластичности Ip Тип грунта Содержание по весу глини- стых частиц (d < 0,005 мм), % Число пластичности Ip Глина Более 30 Более 17 Суглинок 30–10 17–7 Супесь 10–3 7–1 Песок Менее 3 Менее 1 Консистенция глинистых грунтов определяется показателем те- кучести ,pL L p w w I w w   где w  природная влажность, %; Lw  влажность на границе текучести, %; pw  влажность на границе раскатывания, %. Классификация глинистого грунта по показателю текучести при- ведена в таблице 3.2. Таблица 3.2  Классификация глинистого грунта по показателю текучести Наименования грунтов и их состояния Показатель текучести IL Супеси:  твердые IL ≤ 0  пластичные 0 < IL ≤ 1,0  текучие IL > 1,0 Суглинки и глины:  твердые IL ≤ 0  полутвердые 0 < IL ≤ 0,25  тугопластичные 0,25 < IL ≤ 0,5  мягкопластичные 0,5 < IL ≤ 0,75  текучепластичные 0,75 < IL ≤ 1,0  текучие IL > 1,0  20 Условие задачи По результатам, полученным в задаче 2, определить наименова- ние глинистого грунта и его консистенцию. Задача 4 Определение модуля общей деформации грунта по результатам компрессионных испытаний Указания к решению задачи Модуль деформации  коэффициент пропорциональности линей- ной связи между приращениями давления на грунт и его деформацией. Применяется при расчете оснований фундаментов по второй группе предельных состояний (для определения осадок фундаментов). Начальный коэффициент пористости определяется в зависимости от удельного веса сухого грунта γd и частиц γs, а также влажности w. Удельный вес сухого грунта определяется из выражения . 1 0,01d w    Начальный коэффициент пористости определяется из выражения 0 . s d d e     Коэффициент пористости при сжатии грунта вычисляют по за- висимости  0 0 н 1 ,he e e h    где е0 – начальный коэффициент пористости; Δh – деформация образца грунта для каждой ступени давления; hн – начальная высота образца грунта, мм. 21 Модуль осадки слоя грунта толщиной в 1 мм под данной нагруз- кой определяют путем вычисления относительной деформации образца под нагрузкой: н 1000 ,p he h   Нагрузка, необходимая для создания уплотняющего давления, прикладываемая на рычаге .P AN k  Коэффициент сжимаемости определяется по зависимости: 1 2 2 1 ,c e ec p p   где е1 – коэффициент пористости при давлении на образец p1; е2 – то же, при нагрузке p2; Модуль деформации можно определить по результатам компрес- сионных испытаний грунтов: 01 , c eE c   где е0 – начальный коэффициент пористости; cс – коэффициент сжимаемости, 1/кПa; β – коэффициент стеснения поперечной деформации (для песча- ных грунтов β = 0,8; для супесей β = 0,74; для суглинков β = 0,62; для глин β = 0,4). Общий вид компрессионной зависимости представлен на рисунке 4. Определить общий модуль деформации грунта в интервале давле- ний от 100 кПа до 300 кПа и от 100 кПа до 500 кПа. Начертить ком- прессионную кривую. Влажностные характеристики испытуемого грунта принять как для глинистого грунта по условию задачи 3.  22 Рисунок 4 – Общий вид компрессионной зависимости   Условие задачи Исходные данные принять по таблице 4.1 и оформить следую- щим образом: Удельный вес грунта до опыта – . Влажность грунта до опыта – . Удельный вес частиц грунта – . Начальный коэффициент пористости – . Диаметр кольца – . Площадь кольца – . Результаты расчетов представить согласно образцу (см. табли- цу 4.2). Таблица 4.2 – Исходные данные к задаче 4 № варианта Начальная высота образца h, / диаметр образца d, см Давление на образец Р, кПа Отметка индикатора, 100 мм γ, кН/м3 γs, кН/м3 100 20 200 50 300 90 400 140 1 1,5 / 6 500 200 17,2 26,6 23 Продолжение таблицы 4.1 № варианта Начальная высота образца h, / диаметр образца d, см Давление на образец Р, кПа Отметка индикатора, 100 мм γ, кН/м3 γs, кН/м3 100 50 200 120 300 300 400 450 2 2 / 8 500 650 17,4 26,7 100 10 200 100 300 200 400 310 3 2,5 / 10 500 450 17,6 26,8 100 40 200 100 300 180 400 280 4 3/12 500 400 17,8 26,9 100 5 200 15 300 30 400 40 5 1,5 / 6 500 55 18,0 27,0 100 20 200 70 300 150 400 250 6 2/8 500 370 18,2 27,1 100 40 200 100 300 180 400 280 7 2,5 / 10 500 400 18,4 27,2 100 50 200 110 300 190 400 300 8 3 / 12 500 420 18,6 27,3  24 Продолжение таблицы 4.1 № варианта Начальная высота образца h, / диаметр образца d, см Давление на образец Р, кПа Отметка индикатора, 100 мм γ, кН/м3 γs, кН/м3 100 12 200 28 300 45 400 60 9 1,5 / 6 500 85 18,8 27,4 100 40 200 90 300 150 400 220 10 2 / 8 500 290 19,0 26,6 100 50 200 110 300 200 400 330 11 2,5 / 10 500 450 19,2 26,7 100 60 200 150 300 270 400 400 12 3 / 12 500 550 19,4 26,8 100 20 200 60 300 120 400 250 13 1,5 / 6 500 350 19,6 26,9 100 30 200 80 300 160 400 250 14 2 / 8 500 340 19,8 27,0 100 40 200 90 300 160 400 240 15 2,5 / 10 500 350 20,0 27,1 25 Продолжение таблицы 4.1 № варианта Начальная высота образца h, / диаметр образца d, см Давление на образец Р, кПа Отметка индикатора, 100 мм γ, кН/м3 γs, кН/м3 100 30 200 90 300 140 400 200 16 3 / 12 500 400 17,2 27,2 100 10 200 100 300 150 400 210 17 1,5 / 6 500 260 17,4 27,3 100 40 200 100 300 180 400 280 18 2 / 8 500 400 17,6 27,4 100 50 200 120 300 300 400 450 19 2,5 / 10 500 650 17,8 26,6 100 30 200 90 300 190 400 400 20 3 / 12 500 550 18,0 26,7 100 40 200 100 300 180 400 280 21 1,5 / 6 500 400 18,2 26,8 100 50 200 110 300 190 400 300 22 2 / 8 500 420 18,4 26,9 100 20 200 70 300 150 400 250 23 2,5 / 10 500 370 18,6 27,0  26 Окончание таблицы 4.1 № варианта Начальная высота образца h, / диаметр образца d, см Давление на образец Р, кПа Отметка индикатора, 100 мм γ, кН/м3 γs, кН/м3 100 30 200 100 300 200 400 350 24 3 / 12 500 500 18,8 27,1 100 50 200 110 300 200 400 330 25 1,5 / 6 500 450 19,0 27,2 100 60 200 150 300 270 400 400 26 2 / 8 500 550 19,2 27,3 100 40 200 100 300 180 400 280 27 2,5 / 10 500 400 19,4 27,4 100 20 200 60 300 120 400 250 28 3 / 12 500 350 19,6 26,6 100 40 200 90 300 160 400 240 29 1,5 / 6 500 350 19,8 26,7 100 30 200 80 300 160 400 250 30 2 / 8 500 340 20,0 26,8 27 Таблица 4.2 – Результаты расчетов для задачи 4 Нагрузка № вари- анта Начальная высота образца h / диаметр образца d, см Груз на рычаге N, Н Давление на обра- зец Р, кПа Отметка индика- тора, ·100 мм Дефор- мация в начале опыта, мм Коэф- фициент пористо- сти e Мо- дуль осадки ep, мм 0 0 100 30 200 90 300 150 400 250 1 1,5 / 6 500 400 Занятие 3 Задача 5 Определение механических характеристик грунта по результатам его испытания на срез в одноплоскостном сдвиговом приборе Указания к решению задачи Целью проведения опыта для решения поставленной задачи является определение прочностных характеристик глинистых грун- тов: угла внутреннего трения φ и удельного сцепления с на основе закона Кулона, одного из основных законов в механике грунтов. Его можно сформулировать так: сопротивление сыпучих грунтов сдвигу есть сопротивление трению, прямо пропорциональное нор- мальному давлению. Связные грунты (глины, суглинки и супеси) отличаются от сыпу- чих грунтов тем, что частицы их связаны между собой адсорбиро- ванными пленками воды, коагулированными коллоидами и цементи- рующими веществами, вследствие чего даже при весьма малых деформациях сдвига грунт обладает известной прочностью, обуслов- ленной силами сцепления. Математическое выражение закона Кулона имеет вид:  28 tgp c     (для связных грунтов); tgp    (для несвязных грунтов), где τ  сопротивление сдвигу. Зависимость сопротивления сдвигу связного, несвязного (сыпучего) грунта и схема испытаний на сдвиг представлены на рисунке 5. Рисунок 5  Зависимость сопротивления сдвигу связного (а), несвязного (сыпучего) (б) грунта и схема испытаний на сдвиг (в) 5.1. Графический метод определения угла внутреннего трения и сопротивления грунта сдвигу Этапы решения задачи: 1. Оформить исходные данные в виде таблицы, построить график зависимости сдвигающего напряжения от вертикального давления. 2. По графику среза глинистого грунта определить угол внутрен- него трения  и удельное сопротивление c: tg , p    где Δτ и Δp  разности соответственно сопротивления сдвигу и нормального давления. 29 5.2. Расчетный метод определения угла внутреннего трения и сцепления Угол внутреннего трения  и удельное сцепление с, МПа, для нескольких значений опытных данных вычисляют по формулам    2 2tg ; i i i i i i n p p n p p               2 i 2 2 , i i ii i i n p p p c n p p           где τi – опытные значения сопротивления срезу, определенные при различных значениях давления pi и относящиеся к одному инженер- но-геологическому элементу или отдельному монолиту грунта при количестве испытаний N  3. Условие задачи Определить значения угла внутреннего трения φ и удельного сцепления c по данным испытания грунта на срез в однополостном сдвиговом приборе, а также графическим и расчетным методами. Начертить график сопротивления грунта сдвигу. Исходные данные приведены в таблице 5.1. Задачу оформить по образцу (см. таблицу 5.2). Таблица 5.1 – Исходные данные к задаче 5 № варианта Диаметр образца d, см Уплотняющая нагрузка на рычаге N, Н Сдвигающая нагрузка g, Н 1 2 3 4 25 19 50 38 75 55 100 70 1 5,0 150 107  30 Продолжение таблицы 5.1 1 2 3 4 25 14 50 32 75 47 100 60 2 5,5 150 90 25 13 50 26 75 40 100 50 3 6,0 150 76 25 10 50 22 75 33 100 43 4 6,5 150 63 25 9 50 17 75 26 100 34 5 7,0 150 50 25 9 50 15 75 21 100 27 6 7,5 150 40 25 13 50 20 75 32 100 45 7 5,0 150 63 25 20 50 35 75 51 100 68 8 5,5 150 97 31 Продолжение таблицы 5.1 1 2 3 4 25 20 50 32 75 45 100 58 9 6,0 150 82 25 15 50 22 75 31 100 39 10 6,5 150 55 25 20 50 45 75 65 100 90 11 7,0 150 130 25 23 50 40 75 60 100 78 12 7,5 150 113 25 14 50 32 75 47 100 60 13 5,0 150 90 25 10 50 22 75 33 100 43 14 5,5 150 63 25 23 50 40 75 60 100 78 15 6,0 150 113  32 Продолжение таблицы 5.1 1 2 3 4 25 14 50 32 75 47 100 60 16 6,5 150 90 25 10 50 22 75 33 100 43 17 7,0 150 63 25 20 50 35 75 51 100 68 18 7,5 150 97 25 20 50 32 75 45 100 58 19 5,0 150 82 25 13 50 19 75 25 100 30 20 5,5 150 42 25 14 50 32 75 47 100 60 21 6,0 150 90 25 23 50 40 75 60 100 78 22 6,5 150 113 33 Продолжение таблицы 5.1 1 2 3 4 25 20 50 32 75 45 100 58 23 7,0 150 82 25 10 50 22 75 33 100 43 24 7,5 150 63 25 9 50 17 75 26 100 34 25 5,0 150 50 25 23 50 40 75 60 100 78 26 5,5 150 113 25 13 50 19 75 25 100 30 27 6,0 150 42 25 20 50 35 75 51 100 68 28 6,5 150 97 25 23 50 40 75 60 100 78 29 7,0 150 113  34 Окончание таблицы 5.1 1 2 3 4 25 14 50 32 75 47 100 60 30 7,5 150 90 Таблица 5.2  Результаты расчетов для задачи 5 Уплотняющее давление Сдвигающее усилие Диаметр образца d, см Площадь образца, см2 Груз на рычаге N, Н Вертикальное давление P, кПа Нагрузка g, Н Сдвигающее напряжение τ, кПа Задача 6 Определение коэффициента фильтрации и оценка возможности возникновения механической суффозии Указания к решению задачи Коэффициентом фильтрации К называют скорость фильтрации воды при градиенте напора, равном единице, и линейном законе фильтрации. В лабораторных условиях коэффициент фильтрации песка опре- деляется с помощью прибора, изображенного на рисунке 6. 35   Рисунок 6  Прибор для определения коэффициента фильтрации: 1 – цилиндр; 2 – муфта; 3 – перфорированное дно; 4 – латунная сетка; 5 – подставка; 6– корпус; 7 – крышка; 8 – подъемный винт; 9 – стеклянный баллон со шкалой объема фильтрующейся жидкости; 10 – планка со шкалой градиентов напора; 11 – испытуемый образец грунта Коэффициент фильтрации К10, приведенный к условиям фильт- рации при температуре 10 °С, вычисляют по формуле 10 864 , m VК t ATI  м/сут, где V  объем профильтровавшейся воды при одном замере, см3; tm  средняя продолжительность фильтрации (по замерам при одинаковых расходах воды), с;  36 A  площадь поперечного сечения цилиндра фильтрационной трубки, см2, I  градиент напора; Т = 0,7 + 0,03Тф  поправка для приведения значения коэффици- ента фильтрации к условиям фильтрации воды при температуре 10 °С; здесь Тф  фактическая температура воды при испытании, °С; 864 переводной коэффициент, см/с, м/сут. Коэффициент фильтрации вычисляют до второй значащей циф- ры после запятой. При отсутствии данных полевых и лабораторных исследований приближенное значение коэффициента фильтрации может быть оп- ределено численно: а) по формуле Ганзена при 0,1 < d10 < 3 мм:  210 10 0,7 0,03 , м/сут,aК C d t  где d10  действующий (эффективный) диаметр зерен, мм; Са – эмпирический коэффициент чистоты и однородности пес- ков (для чистых и однородных песков Са = 8001200; для пылевато- глинистых и неоднородных Са = 400800); t = 812 °С  температура грунтовой воды. б) при действующем диаметре 0,01 < d10 < 5 можно использовать формулу Слихтера 2 10 10496 , м/сут,NК C d где СN – величина, зависящая от пористости N и принимаемая по таблице 6.1. Таблица 6.1  Значение величины СN в зависимости от пористости N N 0,26 0,28 0,30 0,32 0,34 0,36 0,38 0,40 0,42 0,44 0,46 CN 0,012 0,015 0,019 0,024 0,029 0,035 0,042 0,049 0,058 0,068 0,078 37 Условие задачи Определить два коэффициента фильтрации песчаного грунта по формулам Ганзена и Слихтера с использованием данных задачи 1 и оформить по образцу (см. таблицы 6.2 и 6.3). Исходные данные приведены в таблице 6.3. Таблица 6.2 – Значение величины СN в зависимости от пористости N Масса, г Цилиндр Плотность, г/см3 № вар иан та ци ли нд ра М 1 ци ли нд ра с г рун том М 2 гру нта М 2– М1 Ди ам етр d , см Пл ощ адь се чен ия A, см 2 Вы сот а h , см Об ъем V , см 3 Вл аж но сть гр ун та w, % . час тиц гр ун та вла жн ого гр ун та сух ого гр ун та Ко эф фи ци ент по ри сто сти гру нта е Об ъем пр оф ил ьтр ова вш ейс я вод ы V , см 3 Вр ем я ф ил ьтр аци и t m , с Те мп ера тур а в од ы t , ° С Гр ади ент на по ра I Ко эф фи ци ент фи льт рац ии К 1 0, м/с ут 1 2 3 195 589 2,60 Таблица 6.3 – Определение коэффициента фильтрации песчаного грунта Масса, г № вар иан та Вл аж но сть гр ун та w , % ци ли нд ра М1 ци ли нд ра с г рун том М 2 Ди ам етр ци ли нд ра d, см Вы сот а ц ил ин др а h , см Пл отн ост ь ч аст иц гру нта , г/ см Об ъем пр оф ил ьтр ова вш ейс я вод ы, см 3 Вр ем я ф ил ьтр аци и t m , с Те мп ера тур а в од ы, °С Гр ади ент на по ра I 1 5,4 4,0 34 10 5 0,6 2 5,8 4,5 41 10 6 0,6 3 6,2 195 589 5,0 7,5 2,60 79 20 7 0,6 4 6,6 5,5 58 10 8 0,4 5 7,0 6,0 60 10 9 0,4 6 7,4 227 621 6,5 8,0 2,61 60 10 10 0,4  38 Окончание таблицы 6.3 Масса, г № вар иан та Вл аж но сть гр ун та w , % ци ли нд ра М1 ци ли нд ра с г рун том М 2 Ди ам етр ци ли нд ра d, см Вы сот а ц ил ин др а h , см Пл отн ост ь ч аст иц гру нта , г/ см Об ъем пр оф ил ьтр ова вш ейс я вод ы, см 3 Вр ем я ф ил ьтр аци и t m , с Те мп ера тур а в од ы, °С Гр ади ент на по ра I 7 7,8 4,0 25 10 11 0,9 8 8,2 4,5 26 10 12 0,9 9 8,6 250 645 5,0 8,5 2,62 27 10 13 0,9 10 9,0 5,5 57 10 14 0,4 11 9,4 6,0 60 10 15 0,4 12 9,8 200 597 6,5 9,0 2,63 61 10 16 0,4 13 10,2 4,0 46 10 17 0,6 14 10,6 4,5 45 10 18 0,6 15 11,0 195 592 5,0 9,5 2,64 45 10 19 0,6 16 11,4 5,5 32 10 20 0,9 17 11,8 6,0 31 10 5 0,9 18 12,2 200 598 6,5 10,0 2,65 63 20 6 0,9 19 12,6 4,0 56 10 7 0,8 20 13,0 4,5 54 10 8 0,8 21 13,4 250 650 5,0 10,5 2,66 60 10 9 0,8 22 13,8 5,5 122 10 10 0,4 23 14,2 6,0 114 10 11 0,4 24 14,6 228 632 6,5 11,0 2,67 226 20 12 0,4 25 15,0 4,0 51 10 13 0,9 26 5,4 4,5 55 10 14 0,9 27 5,8 228 642 5,0 11,5 2,68 102 20 15 0,9 28 6,2 5,5 93 10 16 0,6 29 6,6 6,0 87 10 17 0,6 30 7,0 250 665 6,5 12,0 2,69 159 20 18 0,6 39 Занятие 4 Задача 7 Определение нормальных и касательных составляющих напряжений в массиве грунта от вертикальной сосредоточенной силы, приложенной к его поверхности Указания к решению задачи Распределение напряжений в основании в большей мере зависит от формы фундамента в плане. Поскольку в промышленном и граж- данском строительстве используются чаще всего ленточные, пря- моугольные или круглые фундаменты, очень важное практическое значение имеет расчет напряжений для случаев плоской, простран- ственной и осесимметричной задачи. Распределение напряжений в основании определяется методами теории упругости. Основание при этом рассматривается как упру- гое полупространство, бесконечно простирающееся во все стороны от горизонтальной поверхности загружения при полном стабилизи- рованном состоянии грунта. В основе решении задачи о действии вертикальной сосредото- ченной нагрузки, приложенной на поверхности упругого полупро- странства (рисунок 7), лежит решение, полученное Ж. Буссинеском в 1885 г. Рисунок 7  Расчетная схема для определения напряжений в любой точке массива грунта от единичной нагрузки  40 Согласно преобразованиям Фламана напряжения в грунтовом массиве определяются из выражений 2 3 cos , 2R P R       3 3 5 5/22 2 3 3 2 2 z Pz Pz R z R             3 5/2 5/2 22 25 2 3 3 , 2 1 / 2 1 / Pz P Pk zz R z z R z       2 5 3 , 2XZ P x z R      5/22 3 . 2 1 / k R z    Когда на поверхности грунта приложено несколько сосредото- ченных нагрузок, нормальная вертикальная составляющая напря- жений в любой точке массива грунта находится по следующей за- висимости: 2 1 . i i z i Pk z    Для изображения распределения напряжений в массиве грунта используют изобары и эпюры. Изобара – линия, представляющая собой геометрическое место точек в массиве грунта с равными напряжениями. Они позволяют определить в массиве грунта характер и размеры основания соору- жения. Часто линии равных напряжений (изобары) называют «лу- ковицей напряжений». 41 Эпюра – графическое изображение распределения напряжений по горизонтальным и вертикальным сечениям в массиве грунта. Эпюры для горизонтальных сечений указывают на характер влия- ния нагрузки, приложенной к поверхности грунта на напряжения, имеющиеся в разных точках массива грунта на одинаковой глубине от его поверхности. Условие задачи Определить величины нормальных вертикальных σz и касатель- ных τxz составляющих напряжения, возникающих в точках в масси- ве грунта от приложенной к его поверхности вертикальной сосредо- точенной силы для точек, расположенных на глубинах 1, 3 и 6 м от нее и расстояниях от оси, проходящей через точку приложения си- лы, равных 0–5 м с шагом 1 м вправо и влево от нее. Составить таблицу с результатами значений с точностью вычис- лений до сотых. Нарисовать изобары для вертикального давления 0,8Р, 0,4Р и 0,1Р, а также по две эпюры распределения напряжений как по вертикальной оси, так и по горизонтальной оси. Величину вертикальной нагрузки (кН) принять согласно номеру в списке группы. Результаты оформлять по образцу (см. таблицу 8). Задача 8 Расчет напряжений от вертикальной равномерно распределенной нагрузки Указания к решению задачи Решение задачи о распределении напряжений в массиве грунта от внешней вертикальной нагрузки, равномерно распределенной по бесконечно длинной прямой (см. рисунок 8.1), является основным решением плоской задачи, которая характерна для ленточных фун- даментов.  42 Рисунок 8.1  Расчетная схема при загружении грунта погонной нагрузкой Для любой точки массива грунта в полярной системе координат имеются следующие выражения компонентов напряжений (см. ри- сунок 8.2): 2 3 4 2 2cos ;x xz P P z R R       2 2 4 2 2sin cos ;x xy P P y z R R        2 2 4 2 2sin cos ;x xzy P P yz R R        Из сопоставления полученных значений для вертикальной со- ставляющей напряжения с решением задачи для сосредоточенной силы видно, что полученная вертикальная составляющая напряже- ния также пропорциональна нагрузке на поверхности, но убывает по глубине значительно медленнее, чем под сосредоточенной си- лой. Последнее объясняется влиянием боковых нагрузок от внеш- них сил на напряжения в точках в массиве грунта. 43 I II Рисунок 8.2  Распределение напряжений в грунте: I  кривые одинаковых вертикальных напряжений (изобары) по глубине основания, загруженного полосовой нагрузкой; II  эпюры распределения напряжений под полосовой нагрузкой: а – по вертикальной оси; б – по горизонтальным осям Условие задачи Плоская задача. Определить нормальные вертикальные напря- жения, возникающие в массиве грунта от приложенной к его по- верхности нагрузки, равномерно распределенной по бесконечно длинной прямой. Вычисления свести в таблицу для точек, указан- ных в условии задачи 7, и построить: а) эпюры распределения вертикальных напряжений по горизон- тальным сечениям, расположенным на глубинах 1 и 4 м; б) две изобары напряжений. Результаты оформить по образцу (см. таблицу 8). Величину вертикальной нагрузки (кН/м) принять согласно номе- ру в списке группы. Таблица 8 – Результаты расчетов для задач 7 и 8 Напряжения (Па) при расстоянии х от точки приложения силы, м Глубина z, м 5 4 3 2 1 0 0 … 6  44 Занятие 5 Задача 9 Определение напряжений под жестким круглым фундаментом Указания к решению задачи Рассмотрим распределение напряжений по подошве круглого жесткого фундамента, нагруженного центрально приложенной вер- тикальной силой Р. Распределение контактных напряжений в уровне подошвы круг- лого абсолютно жесткого фундамента от центрально приложенной вертикальной нагрузки p определяется формулой  2 ,2 1 / mpp x a   где 2 4 m PP d   – среднее давление по подошве, здесь Р – вертикаль- ная сосредоточенная сила, кН; d – диаметр фундамента, м. x – расстояние от центра круглой подошвы фундамента до лю- бой точки в которой определена ордината контактного напряжения. Из формулы видно, что наименьшие напряжения имеют место в центральной части фундамента, а к его краям они бесконечно большие. Однако в действительности напряжения под краями жесткого круглого фундамента не достигают теоретических значений, полу- ченных по выше приведенной формуле, вследствие появления под краями фундамента пластических деформаций грунта при больших напряжениях. Происходит перераспределение напряжений по по- дошве: по краями они становятся меньше теоретических, а по сере- дине – больше теоретических. Эпюра распределения напряжений под подошвой приобретает седлообразный характер, как показано на рисунке 9. 45 Рисунок 9  Распределение напряжений под подошвой жесткого круглого фундамента: 1  теоретическая кривая; 2 – кривая по данным опыта Вертикальные нормальные составляющих напряжения в точках массива, расположенных вдаль на центральной оси, проходящей центр тяжести вертикали жесткого круглого фундамента при сред- нем давлении рm рассчитываются по формуле 2 22 2 0,5 . 2 21 1 z c z dp z z d d                            Условие задачи Выполнить следующие расчеты: 1. Определить по формуле теории упругости. Результаты расче- тов оформить в виде таблицы 9.1. Построить эпюру распределения напряжений.  46 Таблица 9.1 – Результатов расчетов напряжения под подошвой круглого жесткого фундамента для задачи 9 Коэффициент k для определения координаты x = k·R Показатель 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 P, кПа 2. Определить вертикальные нормальные напряжения на централь- ной вертикали в массиве грунта вдоль центральной оси, проходящей через центр тяжести жесткого круглого фундамента. Построить эпюру распределения напряжений. Значение нагрузки (кН) принять в соот- ветствии с номером в списке группы: диаметр круглого фундамента будет равен для четных номеров 4,0 м, для нечетных – 5,0 м. Результа- ты расчетов оформить по образцу (см. таблицу 9.2). Таблица 9.2 – Результаты расчетов для задачи 9 d, м z /d 0,10 0,25 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 5,00 6,00 z, м σ, кПа Задача 10 Определение напряжений под жестким ленточным фундаментом Указания к решению задачи У жесткого фундамента, точки которого прочно связаны, при центрально приложенной вертикальной нагрузке середина фунда- мента не будет иметь прогиба и осадки точек на подошве будут одинаковые, несмотря на различное распределение напряжений в массиве грунта под фундаментом по его ширине (рисунок 10.1). 47 Рисунок 10.1  Деформации жесткого фундамента Компоненты напряжений в точках основания, расположенных вдоль вертикальной оси, проходящей через центр тяжести жесткого фундамента определяются по формулам   2 32 2 1 1 4 1 4 m z p n n n            ,   2 32 2 1 , 1 4 1 4 m y p n n n            32 22 , 1 4 m zy e np b n     где рm – среднее давление по подошве фундамента, кПа; N – относительная глубина расположения точки с искомыми на- пряжениями: zN b  ; e b – величина относительного эксцентриситета.  48 В данном решении ось Z проходит через середину фундамента, а ось Y совпадает с подошвой фундамента и направлено вправо. Случай полосовой равномерно распределенной нагрузки соот- ветствует напряженному состоянию в грунте под ленточным фун- даментом для стен зданий, под длинными подпорными стенками и набережными и другими сооружениями, длина которых значитель- но превосходит их поперечные размеры. Если полоса загружена равномерно распределенной нагрузкой, напряжения под подошвой определяются по формулам     2 2 2 2 22 2 2 2 0,25 arct 0,25 0,25 4 m z n m np ng m n m n m n               ,     2 2 2 2 22 2 2 2 0,25 arctg 0,25 0,25 4 m y n m np n m n m n m n               ,   2 22 2 2 2 2 0,25 4 m zy p mn m n m n       , где ym b  – относительное горизонтальное расстояние. Условие задачи Построить эпюры напряжений σz по подошве жесткого ленточ-ного фундамента шириной b = 3 м (для нечетных номеров в списке группы), b = 4 м (для четных номеров по списку) при различных эксцентриситетах приложения равнодействующей нагрузки на фун- дамент. Значении нагрузки р принять в соответствии с номером в списке группы (кН/м). Нагрузку прикладывать: а) центрально расположенную вертикально сосредоточенную; б) такую же, расположенную с эксцентриситетом 0,5 м вправо от оси; в) такую же, расположенную с эксцентриситетом 1,0 м вправо от оси. Напряжения определять для глубин 0,5; 1,0 и 2,0 метра. 49 Раздел II ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОСНОВАНИЙ И КОНСТРУКЦИЙ ПЛИТНЫХ ФУНДАМЕНТОВ Занятие 6 Задача 11 Анализ физико-механических свойств грунта по результатам испытаний Указания к решению задачи Классификация и оценка строительных свойств грунтов прово- дятся на основе следующих основных физических и механические характеристик грунтов. В лабораторных условиях экспериментально определяют три основные физические характеристики (см. задачу 1): – удельный вес грунта γ – отношение веса образца грунта к его объему в естественном состоянии, кН/м3; – удельный вес частиц грунта γs – отношение веса твердых частиц к их объему в абсолютно плотном состоянии, кН/м3; – природную весовую влажность грунта w – отношение массы содержащейся в нем воды к массе твердых частиц, % (см. задачу 2). По характеристикам γ, γs и w дополнительно вычисляются сле- дующие характеристики: – удельный вес сухого грунта γd – отношение веса сухого грун- та к занимаемому грунтом объему: , 1 0,01d w     кН/м 3; – пористость n – отношение объема пор в образце грунта к объ- ему самого образца: 100 %,s d s n     – коэффициент пористости e – отношение объема пор к объему твердых частиц:  50 ;s d d e     . 100 ne n   В зависимости от коэффициента пористости различают различ- ные разновидности песков (см. таблицу 11.1). Таблица 11.1 – Разделение песков по коэффициенту пористости Пески по плотности Виды песков плотные средней плотности рыхлые Гравелистые, крупные и средней крупности е < 0,55 0,55 ≤ е ≤ 0,70 е > 0,70 Мелкие е < 0,60 0,60 ≤ е ≤ 0,75 е > 0,75 Пылеватые е < 0,60 0,60 ≤ е ≤ 0,80 е > 0,80 Состояние песчаных грунтов по водонасыщенности оценивается по степени влажности Sr (т. е. по степени заполнения пор водой): 0,01 .sr w wS e      , где γw – удельный вес воды, равный 10 кН/м3. По степени влажности различают следующие разновидности песчаных грунтов: – маловлажные: 0,0 < Sr ≤ 0,5; – влажные: 0,5 < Sr ≤ 0,8; – насыщенные водой: 0,8 < Sr ≤ 1,0. Разновидность глинистых грунтов устанавливается по числу пластичности Ip и показателю текучести IL (см. задачу 3). Условие задачи Заполнить сводную таблицу свойств грунта (см. таблицу 11.2). Исходные данные для задачи приведены в таблице 11.3. Вид песча- ного грунта принять по данным задачи 1. 51 Таблица 11.2  Результаты расчетов для задачи 11 Слой Показатели 1 2 3 Удельный вес частиц грунта γs, кН/м3 Удельный вес грунта γ, кН/м3 Природная влажность w, % Удельный вес сухого грунта γd, кН/м3 Степень влажности SR Влажность на границе раскатывания wP, % Влажность на границе текучести wL, % Число пластичности IP Показатель текучести IL Коэффициент пористости e Пористость N, % Наименование грунта и его физическое состояние Таблица 11.3  Исходные данные для задачи 11 Мощность пласта по скважинам, м Пределы пластичности № вар иан та № пл аст а 1 2 3 Пл отн ост ь ч аст иц гру нта ρ s , т/ м3 Пл отн ост ь г ру нта ρ, т/м 3 Вл аж но сть w , % wL, % wP, % Уг ол вн утр енн его тре ни я φ , ° Уд ель но е с цеп лен ие С, кП а Ви д п есч ано го гру нта Го ри зон т п од зем ны х в од от по вер хн ост и г рун та 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1 2,7 4 1,5 2,63 2,01 23 – – 34 – по № 1 2 4 5 3 2,70 2,09 13 40 25 20 67 – 1 3 9 11 10 2,66 2,09 8 26 18 26 15 – 1,2 1 4 3 2,7 2,70 2,11 15 24 19 25 31 – 2 5 5 2 2,67 2,05 22 – – 35 – по № 12 3 10 12 18 2,71 2,10 13 24 13 23 51 – 2,5  52 Продолжение таблицы 11.3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1 6 5 6 2,65 2,11 19 – – 33 – по № 1 2 3 9 4 2,68 2,04 22 25 15 28 13 – 3 3 14 8 12 2,71 1,98 23 33 18 14 48 – 1,2 1 5 3 4 2,63 2,03 22 – – 36 – по № 1 2 4 12 5 2,65 2,09 19 – – 29 – по № 1 4 3 14 15 12 2,60 2,04 19 23 15 26 12 – 1,0 1 2 2 2 2,65 2,08 20 – – 34 – по № 1 2 4 5 6 2,63 2,16 15 23 15 26 3 – 5 3 12 10 11 2,67 2,11 8 – – 42 – по № 1 1,2 1 2 3 1 2,67 2,06 22 – – 33 – по № 1 2 6 4 3 2,75 2,10 13 24 13 21 52 – 6 3 12 13 14 2,64 2,08 12 – – 37 – по № 1 0,8 1 4 3 6 2,67 2,14 17 – – 31 – по № 1 2 6 5 7 2,61 2,01 18 – – 35 – по № 1 7 3 12 14 14 2,68 2,11 23 37 27 18 105 – 1,6 1 4 5 3 2,65 2,07 16 – – 29 – по № 1 2 6 5 4 2,63 2,04 13 20 13 25 23 – 8 3 11 12 13 2,72 2,15 8 39 23 14 213 – 1,5 1 6 4 5 2,65 2,08 20 – – 34 – по № 1 2 4 5 6 2,63 2,16 15 23 15 26 3 – 9 3 9 7 8 2,67 2,11 8 – – 42 – по № 1 2 1 3 4 5 2,66 2,02 23 – – 35 – по № 1 2 5 6 7 2,66 2,10 19 – – 37 – по № 1 10 3 12 11 10 2,73 1,98 20 21 12 18 58 – 1,5 53 Продолжение таблицы 11.3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1 4 3 4 2,67 2,12 16 – – 31 – по № 1 2 3 4 6 2,63 2,12 15 23 16 26 13 – 11 3 10 12 11 2,65 2,10 19 – – 29 – по № 1 1,8 1 3 4 3 2,70 2,10 15 24 20 25 31 – 2 4 5 6 2,64 2,09 13 – – 37 – по № 112 3 12 11 10 2,65 2,06 20 – – 34 – по № 1 2,0 1 3 4 4 2,65 2,07 21 – – 33 – по № 1 2 6 5 5 2,73 1,99 20 22 13 18 58 – 13 3 10 11 12 2,64 2,01 23 – – 34 – по № 1 1,5 1 2 3 4 2,67 2,04 22 – – 35 – по № 1 2 4 5 6 2,75 2,10 13 24 12 21 52 – 14 3 15 12 11 2,65 2,08 19 – – 33 – по № 1 1,8 1 4 3 2 2,71 1,94 23 33 18 14 49 по № 1 2 8 7 6 2,61 2,09 16 – – 35 – по № 1 15 3 12 14 16 2,72 2,13 9 39 24 14 21 – 1,0 1 4 6 5 2,66 2,09 8 – – 39 – по № 1 2 4 5 6 2,68 2,08 22 25 15 27 13 – 16 3 13 12 12 2,65 2,08 17 – – 28 – по № 1 1,0 1 3 4 4 2,67 2,05 21 – – 33 – по № 1 2 5 5 4 2,68 2,15 15 23 14 26 15 – 17 3 11 10 11 2,69 2,10 9 26 18 27 16 – 1,2 1 2 3 2 2,65 2,01 23 – – 35 – по № 1 2 7 8 7 2,68 2,04 13 20 13 25 23 – 18 3 11 12 10 2,69 2,01 23 37 27 18 28 – 1,1 1 1 3 2 2,66 2,10 19 – – 37 – по № 1 2 5 2 5 2,70 2,15 13 40 25 20 67 – 19 3 8 9 10 2,75 2,10 14 24 13 23 54 – 1,8  54 Окончание таблицы 11.3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1 2 3 4 2,66 2,10 8 – – 40 – по № 1 2 4 6 5 2,70 2,04 19 23 15 26 12 – 20 3 7 8 7 2,63 2,03 22 – – 36 – по № 1 1,0 1 2,7 4 1,5 2,63 2,01 23 – – 34 – по № 1 2 5 5 2 2,67 2,05 22 – – 35 – по № 1 21 3 14 8 12 2,71 1,98 23 33 18 14 48 1,1 1 5 3 4 2,63 2,03 22 – – 36 – по № 1 2 4 5 6 2,63 2,16 15 23 15 26 3 – 22 3 12 13 14 2,64 2,08 12 – – 37 – по № 1 1,2 1 4 3 6 2,67 2,14 17 – – 31 – по № 1 2 6 5 4 2,63 2,04 13 20 13 25 23 – 23 3 9 7 8 2,67 2,11 8 – – 42 – по № 1 1,3 1 3 4 5 2,66 2,02 23 – – 35 – по № 1 2 3 4 6 2,63 2,12 15 23 16 26 13 – 24 3 12 11 10 2,65 2,06 20 – – 34 – по № 1 1,4 1 3 4 4 2,65 2,07 21 – – 33 – по № 1 2 7 8 7 2,68 2,04 13 20 13 25 23 – 25 3 7 8 7 2,63 2,03 22 – – 36 – по № 1 1,5 1 6 5 6 2,65 2,11 19 – – 33 – по № 1 2 4 12 5 2,65 2,09 19 – – 29 – по № 1 26 2 4 5 6 2,63 2,16 15 23 15 26 3 – 1,6 2 6 5 7 2,61 2,01 18 – – 35 – по № 1 2 5 6 7 2,66 2,10 19 – – 37 – по № 1 27 3 12 14 14 2,68 2,11 23 37 27 18 105 – 1,5 55 Задача 12 Построение геологического профиля строительной площадки по результатам инженерно-геологических изысканий Указания к решению задачи Строительная площадка, как правило, сложена из нескольких типов грунтов. Поэтому, кроме оценки свойств грунтов (см. задачу 11), сле- дует выполнять схематизацию геологического строения основания с выделением однородных объемов разных типов (слоев) грунтов и проведение границ между ними. Однородные части в геологической среде называются инженерно-геологическими элементами (ИГЭ). Расстояние между ИГЭ называют мощностью слоя. Внутри слоя одного типа и, как правило, состояния характеристики грунта однородны. Зная название грунта, его физико-механические харак- теристики и глубины залегания кровли и подошвы, можно постро- ить инженерно-геологический разрез строительной площадки. Образец разреза приведен на рисунке 12. Ри сун ок 12  Пр им ер вы по лн ени я и нж ене рн о-г еол оги чес ког о р азр еза 56 57 Условные обозначения для рисунка 12.1: а) песчаные грунты: Песок гравелистый Песок мелкий Песок крупный Песок пылеватый Песок средний Алеврит б) глинистые грунты: Супесь Глина Супесь лесовидная Глина (суглинок) ленточная  Супесь моренная Глина моренная  Суглинок Глина доломити- стая  Суглинок лесовидный Глина известкови- стая  Суглинок моренный в) почвы: Растительный (почвенно-растительный) слой г) искусственные грунты: Крупнообломочные, песчаные, пылевато-глинистые, озер- ные, биогенные, почвы уплотненные (сетка на фоне соот- ветсвующего знака) Намывные грунты (природные, отходы производств) Насыпные грунты (природные, отхо- ды производств, бытовые отходы)  58 Условие задачи По исходным данным задачи 11 построить инженерно-геологи- ческий разрез. Нанести обозначения. Занятие 7 Задача 13 Определение глубины промерзания грунтов Указания к решению задачи Проектирование фундаментов начинают с выбора их конструк- ции и назначения размеров, которые напрямую связаны с глубиной заложения фундамента (ГЗФ). Для этого необходимо учитывать следующие факторы: а) инженерно-геологические и гидрологические условия строи- тельной площадки; б) климатические особенности района строительства (промерза- ние–оттаивание, увлажнение–высыхание); в) конструктивные особенности здания; г) способ и технологию производства работ по возведению фун- даментов. Одним из решающих факторов при назначении ГЗФ является промерзание–оттаивание грунта. Расчетная глубина сезонного промерзания грунта d1 = kh· df, где kh – коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения, принимаемый для наружных фундаментов отапливае- мых сооружений по таблице 13.1; для неотапливаемых сооружений kh = 1,1; df – нормативная глубина сезонного промерзания, определяе- мая по данным наблюдений местной гидрометеорологической станции за период не менее 10 лет для определенного географиче- ского района и инженерно-геологический условий участка строи- тельства. 59 Таблица 13.1  Рекомендуемые значения коэффициента kh для наружных фундаментов отапливаемых зданий Расчетная среднесуточная температура воздуха в помещении, примыкающем к наружным фундаментам, °С Особенности сооружения 0 5 10 15 20 и более Без подвала с полами, устраиваемыми:  по грунту 1,30 1,00 1,10 0,80 0,90 0,70 0,80 0,60 0,80 0,60  на лагах по грунту 1,100,80 1,00 0,80 1,00 0,70 0,90 0,70 0,90 0,70  по утепленному цокольному перекрытию 1,05 0,80 1,00 0,80 1,00 0,80 1,00 0,70 0,90 0,70 Примечания 1. Приведенные в таблице значения коэффициента kh относятся к сече-ниям: в числителе – ленточных фундаментов под наружные стены, распо- ложенным у углов сооружения, в знаменателе – к оставшейся средней час- ти длины наружных стен. 2. При промежуточных значениях температуры воздуха помещений значения kh принимаются с округлением до ближайшего большего значе-ния, указанного в таблице. Условие задачи Определить глубину промерзания грунта у фундаментов жилого здания и производственного цеха в середине стены и в углу здания, а также необходимую глубину заложения трубопровода в регионе на выходе из здания. Определение выполнить для двух вариантов: первый – принять по номеру в списке группы, второй  по месту проживания. Температуру внутри жилого здания принять в интер- вале 1725 °С, в цеху – 614 °С. Исходные данные по глубине про- мерзания приведены в таблице 13.2.  60 Таблица 13.2 – Исходные данные к задаче 13 № вари- анта Область, пункт Нормативная глубина сезонного промерзания, см № вари- анта Область, пункт Нормативная глубина сезонного промерзания, см 1 Верхне-двинск 105 16 Лида 113 2 Полоцк 122 17 Гродно 134 3 Витебск 142 18 Новогрудок 75 4 Докшицы 130 19 Могилев 130 5 Лепель 99 20 Костюковичи 150 6 Орша 140 21 Бобруйск 132 7 Вилейка 148 22 Барановичи 150 8 Борисов 147 23 Ивацевичи 127 9 Воложин 97 24 Пружаны 150 10 Минск 137 25 Брест 142 11 Березино 150 26 Пинск 121 12 Столбцы 90 27 Жлобин 120 13 Марьина Горка 134 28 Чечерск >150 14 Слуцк 133 29 Гомель 148 15 Ошмяны 142 30 Мозырь 135 Задача 14 Построение эпюры распределения напряжений от собственного веса грунта Указания к решению задачи Вертикальное давление, возникающее в грунтовом массиве от собственного веса грунта, называется природным или бытовым давлением. Это давление характеризует напряженное состояние грунта до начала строительства, т. е. до передачи на него нагрузки от веса сооружения. Величина природного давления зависит от удельного веса грунта γ и глубины h рассматриваемой горизонталь- ной плоскости (см. рисунок 14). Вертикальные напряжения σzg, КПа, в однородном грунте от его собственного веса грунта на глубине h от дневной поверхности в упрощенном виде выглядит следующим образом: 61 .zg h    Рисунок 14  Характерные эпюры распределения напряжений по глубине массива от собственного веса грунта: а  при однородном основании; б  при наличии грунтовых вод; в – при наличии «водоупора» (суглинка или глины полутвердой или твердой консистенции); Wl  отметка уровня грунтовых вод В случае напластования грунта с разными удельными весами полные вертикальные напряжения определяются путем сложения давлений от веса отдельных слоев: 1 , n zg i i i h     где γi – удельный вес i-го слоя грунта, кН/м3; hi  толщина i-го слоя грунта, м. Эпюра природного давления в однородном грунте (однослойном основании) имеет вид прямой, проходящей через начало координат (рисунок 14, а), а в многослойных, водонасыщенных основаниях – ломаной линии с точками перегиба на границах слоев и на отметке уровня подземной воды (рисунок 14, б). Песок  Песок  Песок Водоупо     WL  WL h 1   h 2   h 1   h 1     h 2 =h w     h 3   а б в γ1  γ1h γsbh2 γ1h γ3h γsbh2  γwh  62 Удельный вес грунтов при учете взвешивающего действия воды определяется из выражения ( ) / (1 )sb s w e      , где γs и γw – удельный вес соответственно минеральных частиц грунта и воды, кH/м3; e – коэффициент пористости водонасыщенного грунта. Если в толще основания находится водонепроницаемый слой глинистого грунта, то на его кровлю передается давление от выше- лежащего грунта и подземных вод (рисунок 14, в), определяемое по формуле 1 ( ) , n zg i i sb w w i h h         где hw – мощность слоя воды до водоупора, м. В этом случае на эпюре природного давления появляется сту- пень, величина которой равна гидростатическому давлению грунто- вых вод. Условие задачи Построить эпюру напряжений от собственного веса грунта для каждой скважины инженерно-геологического разреза, указанного в условии задачи 12. При построении эпюры принять удельный вес воды γw = 10 кН/м3. 63 Занятие 8 Задача 15 Определение расчетного сопротивления грунта основания Указания к решению задачи Размеры подошвы фундамента и их осадки, обусловленные де- формациями грунтов основания от дополнительной нагрузки, опре- деляют, исходя из линейной зависимости между деформациями и напряжениями в грунте. Для определения предела применимости решений теории линейно-деформируемой среды необходимо знать значение наибольшего вертикального давления воспринимаемого грунтом, при котором зависимость между деформациями грунта и напряжениями можно считать линейной. Это давление принято на- зывать расчетным сопротивлением основания: 1 2c cR k       II 1 II II II1 , кПа,z q q b cM k b M d M d M c           где γс1, γс2 – коэффициенты условий работы, принимаемые по таб- лице 15.1; k – коэффициент, принимаемый k = 1, если прочностные харак- теристики грунта ( и с) определены непосредственными испыта- ниями, и k = 1,1, если они приняты по таблицам; Mγ, Mq, Mс – коэффициенты, принимаемые в зависимости от уг- ла внутреннего трения  по таблице 15.2; kz – коэффициент, принимаемый при b < 10 м kz = 1, при b  10 м – 0 0,2z zk b   (здесь z0 = 8 м); b – ширина подошвы фундамента, м;  64 II – значение удельного веса грунта, залегающего ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), кН/м3; II – то же, залегающего выше подошвы (т. е. удельный вес об- ратной засыпки, принимается в интервале 17–18 кН/м3); IIc – расчетное значение удельного сцепления грунта, залегаю- щего непосредственно под подошвой фундамента, кПа; d1 – глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки или приведенная глубина заложения наруж- ных и внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле d1 = hs + hcf ·γcf / γII , где hs – толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со сторо- ны подвала, м; hcf – толщина конструкции пола подвала, м; γcf – расчетное значение удельного веса конструкции пола под- вала, кН/м3; (γcf = 22–24 кН/м3); db – глубина подвала – расстояние от уровня планировки до пола подвала, м; (для сооружений с подвалом шириной В ≤ 20 м и глуби- ной свыше 2 м принимается db = 2 м, при ширине подвала В > 20 м – db = 0 м). Таблица 15.1 – Значения коэффициентов γс1, γс2 Коэффициент γс2 для сооружений с жесткой конструктивной схемой при отношении длины сооружения или его отсека к высоте l/h, равном Грунты Коэффициент γс1 4 и более 1,5 и менее 1 2 3 4 Крупнообломочные с песчаным заполнителем и песчаные, кроме мел- ких и пылеватых 1,4 1,2 1,4 Пески мелкие 1,3 1,1 1,3 65 Окончание таблицы 15.1 1 2 3 4 Пески пылеватые: – маловлажные и влажные – насыщенные водой 1,25 1,1 1,0 1,0 1,2 1,2 Пылевато-глинистые, а также крупно- обломочные с пылевато- глинистым заполнителем – с показателем текучести грунта или заполнителя IL ≤ 0,25 1,25 1,0 1,1 То же при 0,25 < IL ≤ 0,5 1,2 1,0 1,1 То же при IL > 0,5 1,0 1,0 1,0 Примечание. При промежуточных значениях l/h коэффициент γс2 определяется методом интерполяции. Таблица 15.2 – Значения коэффициентов Mγ, Mq, Mс Коэффициенты Коэффициенты Угол внутреннего трения , Mγ Mq Mс Угол внутреннего трения , Mγ Mq Mс 1 0,01 1,06 3,23 24 0,72 3,87 6,45 2 0,03 1,12 3,32 25 0,78 4,11 6,67 3 0,04 1,18 3,41 26 0,84 4,37 6,90 4 0,06 1,25 3,51 27 0,91 4,64 7,14 5 0,08 1,32 3,61 28 0,98 4,93 7,40 6 0,10 1,39 3,71 29 1,06 5,25 7,67 7 0,12 1,47 3,82 30 1,15 5,59 7,95 8 0,14 1,55 3,93 31 1,24 5,95 8,24 9 0,16 1,64 4,05 32 1,34 6,34 8,55 10 0,18 1,73 4,17 33 1,44 6,76 8,88 11 0,21 1,83 4,29 34 1,55 7,22 9,22 12 0,23 1,94 4,42 35 1,68 7,71 9,58 13 0,26 2,05 4,55 36 1,81 8,24 9,97 14 0,29 2,17 4,69 37 1,95 8,81 10,37 15 0,32 2,30 4,84 38 2,11 9,44 10,80 16 0,36 2,43 4,99 39 2,28 10,11 11,25 17 0,39 2,57 5,15 40 2,46 10,85 11,73 18 0,43 2,73 5,31 41 2,66 11,64 12,24  66 Окончание таблицы 15.2 Коэффициенты Коэффициенты Угол внутреннего трения , Mγ Mq Mс Угол внутреннего трения , Mγ Mq Mс 19 0,47 2,89 5,48 42 2,88 12,51 12,79 20 0,51 3,06 5,66 43 3,12 13,46 13,37 21 0,56 3,24 5,84 44 3,38 14,50 13,98 22 0,61 3,44 6,04 45 3,66 15,64 14,64 23 0,69 3,65 6,24 Условие задачи Определить расчетное сопротивление грунтов основания для трех фундаментов производственного здания с жесткой конструктивной схемой, подвалом шириной В = 18 м и относительными размерами l/h = 2,75. Характеристики грунтов определены в лаборатории на соответст- вующих приборах (см. таблицу 15.3). Контуры фундамента нанести на инженерно-геологический разрез, построенный при решении за- дачи 12, исходя из следующих вариантов: а) ленточный фундамент № 1 под наружную стену секции здания с подвалом; б) ленточный фундамент № 2 под наружную стену секции здания без подвала; в) столбчатый фундамент № 3 внутренней колонны в подвале. Фундамент № 1 расположить возле первой скважины инженерно- геологического разреза; фундамент № 2 – у второй скважины; фун- дамент № 3 – у третьей. Таблица 15.3 – Исходные данные к задаче № фундамента 1 2 3 № вари- анта b, м hп, м db, м hcf, м hs, м γcf, м b, м d1, м b·L, м hs, м hcf, м γcf, кН/м3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 1,50 3,00 2,400 0,10 0,50 22 1,00 1,30 1,0×1,0 1,30 0,10 22 2 1,00 3,00 2,30 0,10 0,60 22 1,50 1,50 1,0×1,2 0,90 0,10 22 3 1,50 2,70 2,00 0,10 0,50 22 2,00 1,60 1,0×1,4 1,00 0,10 22 4 2,00 2,70 2,10 0,10 0,50 22 2,50 1,50 1,1×1,6 1,10 0,10 22 67 Окончание таблицы 15.3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 5 2,50 2,50 2,05 0,15 0,60 23 1,30 1,80 1,0×1,8 1,15 0,15 23 6 2,00 2,70 2,15 0,15 0,70 23 2,50 1,40 1,2×1,2 1,35 0,15 23 7 3,00 2,50 2,05 0,15 0,80 23 2,00 1,20 1,2×1,4 0,95 0,15 23 8 2,00 2,50 1,95 0,15 0,60 23 1,50 1,50 1,2×1,6 1,05 0,15 23 9 2,50 2,50 2,00 0,10 0,70 22 2,00 2,00 1,2×1,8 1,20 0,10 22 10 3,50 3,60 3,05 0,15 0,80 23 1,30 1,80 1,2×2,0 1,25 0,15 23 11 1,50 3,00 2,40 0,10 0,50 22 1,00 1,00 1,4×1,4 1,40 0,10 22 12 1,00 3,00 2,30 0,10 0,60 22 1,50 2,00 1,4×1,6 0,90 0,10 22 13 1,50 2,70 2,00 0,10 0,50 22 2,00 2,00 1,4×1,8 1,00 0,10 22 14 2,00 2,70 2,10 0,10 0,50 22 2,50 1,50 1,4×2,0 1,20 0,10 22 15 2,50 2,60 2,05 0,15 0,60 23 1,30 1,50 1,4×2,2 1,15 0,15 23 16 3,50 2,70 2,15 0,15 0,70 23 1,30 2,00 1,8×1,8 1,25 0,15 23 17 4,00 2,70 2,05 0,15 0,80 23 1,40 1,30 1,8×2,0 1,35 0,15 23 18 2,50 2,40 1,95 0,15 0,60 23 1,50 1,80 1,8×2,2 0,85 0,15 23 19 2,00 2,70 2,00 0,10 0,70 22 1,20 1,50 1,8×2,4 1,00 0,10 22 20 3,00 3,60 3,05 0,15 0,80 23 1,30 1,00 1,8×2,6 1,05 0,15 23 21 1,00 3,00 2,40 0,10 0,50 22 1,00 1,50 2,0×2,0 1,20 0,10 22 22 1,50 3,00 2,30 0,10 0,60 22 2,00 1,00 2,0×2,2 1,30 0,10 22 23 2,00 2,70 2,00 0,10 0,50 22 2,00 1,50 2,0×2,4 1,40 0,10 22 24 2,50 2,70 2,10 0,10 0,50 22 1,50 1,70 2,0×2,6 0,90 0,10 22 25 3,0 2,70 2,05 0,15 0,60 23 2,50 1,60 2,0×2,8 0,95 0,15 23 26 3,50 2,70 2,15 0,15 0,70 23 1,70 1,50 2,2×2,2 1,05 0,15 23 27 4,00 2,70 2,05 0,15 0,80 23 1,60 1,30 2,2×2,4 1,15 0,15 23 28 2,50 2,40 1,95 0,15 0,60 23 1,50 1,10 2,2×2,6 1,25 0,15 23 29 2,00 2,40 2,00 0,10 0,70 22 2,00 1,00 2,2×2,8 1,40 0,10 22 30 3,00 3,30 2,60 0,15 0,80 23 1,90 1,40 2,2×3,0 0,85 0,15 23 Задача 16 Назначение и проверка размеров центрально и внецентренно нагруженного фундамента Указания к решению задачи При расчете оснований по деформациям необходимо, чтобы среднее давление p под подошвой центрально нагруженного фун- дамента не превышало расчетного сопротивления грунта R p  R. Размеры подошвы центрально-нагруженного фундамента назнача- ются после установления глубины его заложения, исходя из условия передачи на основание давления.  68 Для внецентренно нагруженного фундамента предварительно проверяются три условия: pm  R; pmax  1,2R; pmin > 0, где pm pmax pmin – соответственно среднее, максимальное и мини- мальное давление на грунт под подошвой фундамента кПа. Напряжения, возникающие под подошвой фундамента – для центрально нагруженного фундамента 0,11 ;m N p d A    – для внецентренно нагруженного фундамента 0,11 0,11 max ,m N M p d A W     0,11 0,11 min ,m N M p d A W     max min , 2 p pp  где N0,11 – расчетная нагрузка на уровне обреза фундамента кН М011 – расчетный изгибающий момент, кН·м; m – осредненный удельный вес материала фундамента и грунта над его уступами: m = 20–22 кН/м; d – глубина заложения фундамента (для подвальных помещений – глубина заложения от пола подвала), м; А – площадь подошвы фундамента, м2; W – момент сопротивления площади подошвы фундамента в на- правлении действия момента: 69 2 3, м 6 b lW  ; где b, l – соответственно ширина и длина фундамента, м. Условие задачи Проверить достаточность несущей способности грунтов основа- ний фундаментов № 1–3 (таблица 16.1) по второй группе предель- ных состояний. Геометрические размеры фундаментов и расчетное сопротивление грунтов оснований принять по условию задачи 15. Нагрузки для определения давления под подошвой приведены в таблице 16. Таблица 16 – Исходные данные к задаче 16 № фундамента № фундамента 1 2 3 1 2 3 № вари- анта NII, кН MII, кН·м NII, кН/м NII, кН МII, кН № вари- анта NII, кН MII, кН·м NII, кН/м NII, кН MII, кН·м 1 200 15 125 600 30 16 340 15 300 625 45 2 220 20 150 625 35 17 200 20 125 650 50 3 240 25 175 650 40 18 220 25 150 675 55 4 260 30 200 675 45 19 240 30 175 700 30 5 280 35 225 700 50 20 260 35 200 725 35 6 300 15 250 725 55 21 280 15 225 750 40 7 320 20 275 750 30 22 300 20 250 600 45 8 340 25 300 600 35 23 320 25 275 625 50 9 200 30 125 625 40 24 340 30 300 650 55 10 220 35 150 650 45 25 200 35 125 675 30 11 240 15 175 675 50 26 220 15 150 700 35 12 260 20 200 700 55 27 240 20 175 725 40 13 280 25 225 725 30 28 260 25 200 750 45 14 300 30 250 750 35 29 280 30 225 600 50 15 320 35 275 600 40 30 300 35 250 625 55  70 Занятие 9 Задача 17 Построение эпюр вертикальных сжимающих напряжений в основании плитного фундамента по глубине вдоль центральной оси от равномерно распределенного дополнительного давления Указания к решению задачи Нагрузка от сооружения передается на основание через подошву фундамента. В грунтовом массиве, лежащем ниже подошвы фунда- мента, возникает напряженное состояние, которое влияет на дефор- мации оснований (осадки, горизонтальные смещения, крены и т. д.), а также на прочность и устойчивость грунтовой толщи. Для точек, расположенных на вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента, сжимающее напряжение определяется по формуле 0 , кПа,zp p    где  – коэффициент, принимаемый по таблице 17 в зависимости от формы подошвы, соотношения сторон прямоугольного фундамента η = l/b и относительной глубины ξ = z/b. p0 = pт – σzg, 0 – дополнительное вертикальное давление на осно- вание, кПа,; где pт – среднее давление под подошвой фундамента, кПа; σzg, 0 – вертикальные напряжения от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента, бытовые напряжения в уровне по- дошвы фундамента, кПа; z – расстояние от подошвы фундамента до рассматриваемой точки, м. Таблица 17 – Значения коэффициента  (изменения напряжений в грунте по глубине основания) Прямоугольные фундаменты с соотношением сторон η = l/b  = z/b 1,0 1,4 1,8 2,4 3,2 5,0 Ленточные фундаменты при η  10 1 2 3 4 5 6 7 8 0,0 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 71 Окончание таблицы 17 1 2 3 4 5 6 7 8 0,2 0,960 0,972 0,975 0,976 0,977 0,977 0,977 0,4 0,800 0,848 0,866 0,876 0,879 0,881 0,881 0,6 0,606 0,682 0,717 0,739 0,749 0,754 0,755 0,8 0,449 0,532 0,578 0,612 0,629 0,639 0,642 1,0 0,386 0,414 0,463 0,505 0,530 0,545 0,550 1,2 0,257 0,325 0,374 0,419 0,449 0,470 0,477 1,4 0,201 0,260 0,304 0,349 0,383 0,410 0,420 1,6 0,160 0,210 0,251 0,294 0,329 0,360 0,374 1,8 0,131 0,173 0,209 0,250 0,285 0,319 0,337 2,0 0,108 0,145 0,176 0,214 0,248 0,285 0,306 2,2 0,091 0,122 0,150 0,185 0,218 0,255 0,280 2,4 0,077 0,105 0,130 0,161 0,192 0,230 0,258 2,6 0,066 0,09I 0,113 0,141 0,170 0,208 0,239 2,8 0,058 0,079 0,099 0,124 0,152 0,189 0,223 3,0 0,051 0,070 0,087 0,110 0,136 0,173 0,206 3,2 0,045 0,062 0,077 0,099 0,122 0,158 0,196 3,4 0,040 0,055 0,069 0,088 0,110 0,145 0,185 3,6 0,036 0,049 0,062 0,080 0,100 0,133 0,175 3,8 0,032 0,044 0,056 0,072 0,091 0,123 0,166 4,0 0,029 0,040 0,051 0,066 0,084 0,113 0,158 4 2 0,026 0,037 0,046 0,060 0,077 0,105 0,150 4,4 0,024 0,034 0,042 0,055 0,071 0,098 0,143 4,6 0,022 0,031 0,039 0,051 0,065 0,091 0,137 4,8 0,020 0,028 0,036 0,047 0,060 0,085 0,132 5,0 0,019 0,026 0,033 0,044 0,056 0,079 0,126 5,5 0,017 0,023 0,028 0,040 0,050 0,071 0,114 6,0 0,013 0,018 0,023 0,031 0,040 0,058 0,106 Примечание. Для промежуточных значений ξ и  величина коэффици- ента  определяется методом интерполяции. Условие задачи Построить эпюры дополнительных нормальных напряжений по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента до глу- бины, равной 6b. Эпюры построить для трех фундаментов. Давле- ния под подошвами фундаментов взять из условия задачи 16.  72 Задача 18 Определение конечной осадки плитного фундамента мелкого заложения методом послойного суммирования Указания к решению задачи В основу метода послойного суммирования положены следую- щие допущения: а) грунт в основании рассматривается как сплошное линейно- деформируемое тело; б) осадка обусловлена действием средних сжимающих напряже- ний под осью фундамента; в) деформации учитываются только в пределах сжимаемой толщи; г) значение коэффициента  принимается равным 0,8 независимо от характера грунта. Расчет осадки производится в следующей последовательности: а) в соответствующем масштабе вычерчиваются схема фунда- мента (вертикальный разрез) и геологическая колонка; б) слева от осевой линии строится эпюра бытового давления. Справа от оси строится эта же эпюра, но уменьшенная в пять раз (в десять – для грунтов с модулем деформации Е0  5 МПа); в) определяется величина дополнительного давления непосред- ственно под подошвой фундамента; г) область ниже подошвы фундамента на глубину примерно 3…4b расчленяется на элементарные слои толщиной 0,2b; д) для каждого элементарного слоя определяется величина до- полнительного среднего давления в центре слоя; е) справа от осевой линии строится эпюра дополнительного дав- ления и находится точка пересечения этой эпюры с уменьшенной эпюрой бытового давления. Эта точка является нижней границей сжимаемой толщи; ж) определяется величина осадки фундамента в пределах сжи- маемой толщи, путем суммирования относительных деформаций элементарных слоев: 73 ( 1) 1 . 2 i i n zp i zp ii i i hS E        . з) сравнивается осадка с предельно допустимой SU. Условие задачи Определить методом послойного суммирования вероятную конечную осадку трех фундаментов, расчитанных при решениях задач 14–17. Результаты расчетов представить в табличной форме (см. таблицу 18). Построить эпюры распределения вертикальных напряженийниже подошвы фундамента от собственного веса грунта и дополнительного давления от нагрузки. Таблица 18 – Результаты расчета осадки фундамента методом послойного суммирования № точки zгр, м № пла- ста σzg, кПа 0,2х σzg, кПа Е, кПа zф, м  α σzp, кПа σzp,m, кПа Si, мм 1 0 0 – – – – – – – 2 1,10 21,45 4,29 – – – – – – 3 1,50 25,77 5,15 0 0 1,000 301,23 295,96 5,031 4 1,84 1 – – 20 000 0,34 0,20 0,965 290,69 269,00 4,573 Занятие 10 Задача 19 Конструирование и расчет тела плитного cтолбчатого фундамента мелкого заложения Указания к решению задачи Расчет бетонных и железобетонных плитных фундаментов по несущей способности производится согласно требованиям СНБ 5.03.01–2002 из условий Msd ≤ MRd; Vsd ≤ VRd, st; Vsd ≤ VRd, с на расчет- ные нагрузки от здания, приложенные в уровне его обреза.  74 Конструирование плитных фундаментов следует производить согласно указаниям раздела 7 СНБ 5.01.01–99, раздела 6.4 ТКП 45- 5.01-67–2007, разделов 11 и 12 СНБ 5.03.01–2002 с учетом данных методических указаний (задача 19). При конструировании столбчатых фундаментов размеры в плане принимаются кратными 100 мм, размеры по высоте – 50 мм, при этом высота нижней ступени должна назначаться не менее 200 мм. Столбчатые фундаменты изготавливаются из бетона и железобето- на (в средах ХС2) класса не ниже С16/20 и С20/25 (для сред XD, XF, XA, XM  по СНБ 5.03.01–2002). Плитная часть армируется сварными или вязаными сетками с ячейками 100, 150 и 200 мм из арматуры класса S240, S400, S500 диаметром не менее 10 мм. Защитный слой принима- ется не менее 80 мм при отсутствии бетонной подготовки и не менее 45 мм при ее наличии, при выполнении из монолитного железобетона. Для сборных железобетонных фунда-ментов толщина защитного слоя должна быть не менее 45 мм. Столбчатый фундамент должен рассчитываться по двум группам предельных состояний: первой – по прочности, второй – по образо- ванию и раскрытию трещин (если это требуется по условиям экс- плуатации) в соответствии с требованиями СНБ 5.03.01–2002. Под действием реактивного давления грунта p ступени фундамента работают на изгиб как консоли, защемленные в теле фундамента. Расчет прочности тела фундамента производится на расчетные нагрузки, при- ложенные на уровне обреза фундамента (без учета собственного веса фундамента и грунта на его уступах). Назначение арматуры для плитной части фундамента производится для сечений 1–1, 2–2 из расчета кон- сольных выступов (см. рисунок 19) от действия реактивного давления грунта по его подошве (на изгибающий момент Msd). Изгибающий момент для столбчатого фундамента определяется на всю ширину фундамента от реактивного давления грунта по всей площади консольного свеса, отсекаемого рассматриваемым сечени- ем. Изгибающие моменты определяют в сечениях по граням усту- пов по формулам: а) для центрально нагруженного фундамента 2 , 2 i i f lM p b   75 Рисунок 19 – Расчетная схема фундамента при определении площади рабочей арматуры нижней ступени для плитной части фундамента б) для внецентренно нагруженного фундамента:  21 max 1 I I 2 6 fl p p bM   (в сечении 1–1);  22 max 2 II II 2 6 fl p p bM   (в сечении 2–2), где p – реактивное давление грунта под подошвой фундамента: 0,1 0,1 min/max ; N M p A W    76 0,1 ,m N p A  где 0,1N , 0,1M – расчетные нагрузки на фундамент, равные 1,4NN и 1,4MN (здесь 1,4 – осредненный коэффициент безопасности по на- грузке); bf – ширина фундамента; Li – расстояние от края фундамента до расчетного сечения. Площадь сечения арматуры на 1 м подошвы определяют по формуле , yd sd si c i MA d f     где di – рабочая высота сечения. По бóльшему из значений, полученных в каждом из расчетных сечений, принимается диаметр и шаг стержней. Арматуру рекомендуется применять в виде сварных сеток из стержней диаметром от 10 до 18 мм с ячейками размером от 100 до 200 мм. Содержание арматуры должно быть не ниже минимально допускаемого процента армирования в изгибаемых элементах (см. таблицу 11.1 СНБ 5.03.01–2002). Для значения коэффициента армирования нижней ступени плитной части фундамента, определенного ко всей ширине фундамента, должно выполняться условие , min 2 2 0,0013 ,s all f f A p p b d b d    где As, all – площадь всей арматуры плитной части в одном из на- правлений; fb – ширина плитной части фундамента; d2 – рабочая высота плитной части фундамента. 77 Условие задачи Выполнить конструирование тела фундамента, с учетом геомет- рических размеров подошвы и высоты, заданных в условии задачи 15. Выполнить расчет необходимой площади армирования плитной части фундаментов мелкого заложения. Задача 20 Вычисление несущей способности грунта основания плитного фундамента по методике EUROCODE 7 Указания к решению задачи При определении несущей способности основания фундамента в соответствии с требованиями EUROCODE 7 следует учитывать следующие факторы (см. рисунок 20): – прочность основания (обычно при проектных значениях cu, c′ и ); – эксцентриситет и наклон проектных нагрузок; – форму, глубину и наклон фундамента; – наклон поверхности основания. Основные обозначения, применяемые в расчетных формулах по методике EUROCODE 7: – A′ = B′L′ – проектная эффективная площадь фундамента; – b – проектные значения коэффициентов для наклона подошвы фундамента с нижними индексами c, q и ; – В – ширина фундамента; – B′ – эффективная ширина фундамента; – D – глубина заложения; – е – эксцентриситет равнодействующей воздействия с нижними индексами В и L; – i – коэффициенты наклона нагрузки с нижними индексами для сцепления с, пригрузки q и удельного веса грунта ; – L – длина фундамента; – L′ – эффективная длина фундамента; – m – показатель степени в формулах для коэффициентов накло- на I; – N – коэффициенты с соответствующими нижними индексами для c, q и ;  78 – q – нагрузка или давление на уровне подошвы фундамента; – q′ – расчетное эффективное давление от чрезмерной нагрузки на уровне основания фундамента; – s – коэффициенты формы подошвы фундамента с нижними индексами для c, q и ; – V – вертикальная нагрузка; –  – наклон подошвы фундамента к горизонтали; – ′ – проектный эффективный удельный вес грунта ниже по- дошвы фундамента; –  – угол наклона для Н. Расчетная схема и условные обозначения величин, применяемых в данной методике, приведены на рисунке 20. Рисунок 20 – Расчетная схема и обозначения расчетных величин для определения несущей способности основания фундамента по методике EUROCODE 7 Расчет несущей способности основания фундамента по методике EUROCODE 7 производится для двух условий: а) неконсолидируемого основания (условия без дренирования); б) консолидированного основания (условия с дренированием ос- нования). 79 А. Условие недренированного основания Расчетная несущая способность вертикально нагруженного ос- нования фундамента для условия А может быть определена по формуле  / 2 ,u c c cR A c b s i q     кПа, где использованы расчетные безразмерные коэффициенты: – наклона подошвы фундамента:  1 2 / 2 ;cb      – формы фундамента:  1 0,2 /cS B L   (для прямоугольной формы); 1,2cS  (для квадратной или круглой формы); – наклона нагрузки с горизонтальной составляющей Н: 1 1 1 , 2c u Hi A c        где H  A′cu, здесь cu – прочность грунта при недренированном сдвиге, опреде- ляемая по формуле o cos sin , 1 1/ 3sin 1 1 / 3sinu c c         80 где o , гр , гр1 ( 2 ),3 z х     ,гр грz z   , гр , гр ,1x z     где υ – коэффициент Пуассона (см. таблицу 20). Таблица 20 – Коэффициент Пуассона υ для различных типов грунтов Тип грунта Коэффициент Пуассона υ Крупнообломочные грунты (0,45  е  0,55) 0,27 Пески и супеси (0,45  е  0,75) 0,30–0,35 Суглинки (0,50  е  0,85) 0,35–0,37 Глины (0,5  е  1,0) при показателе текучести IL: – IL  0 0,20–0,30 – 0  IL  0,25 0,30–0,38 – 0,25  IL  1,00 0,38–0,45 Примечание. Меньшие значения N принимаются при большей плотно- сти грунта. Б. Условие дренированного основания Расчетная несущая способность вертикально нагруженного фун- дамента для условия Б может быть определена по формуле / 0,5 ,c c c c q q q qR A c N b s i q N b s i B N b s i        кПа, где использованы расчетные безразмерные коэффициенты: – несущей способности:  tg 2tg 45 / 2 ;qN e      81  1 ctg ;c qN N     2 1 tg ,qN N    где   ′/2 (при шероховатой поверхности подошвы фундамента); – наклонной плоскости подошвы фундамента:    21 / tg ;c q q cb b b N      21 tg ;qb b     – формы фундамента:  1 / sinqs B L     (для прямоугольной формы); 1 sinqs    (для квадратной или круглой формы);  1 0,3 / sins B L       (для прямоугольной формы); 0,7s  (для квадратной или круглой формы);    1 / 1c q q qs s N N   (для прямоугольной, квадратной или круглой формы); – наклона нагрузки за счет горизонтальной составляющей Н:    1 / tg ;c q q ci i i N      82   1 / ctg ;mqi H V A c         11 / ctg ,mi H V A c        здесь      2 / / 1 / ,Bm m B L B L       если Н действует в направлении B′;      2 / / 1 / ,Lm m L B L B       если Н дейст- вует в направлении L′. В случаях, когда горизонтальная составляющая нагрузки дейст- вует в направлении, образующем угол  с направлением L′, m мож- но вычислять по формуле 2 2cos sin .L bm m m m     Условия задачи Определить несущую способность основания фундамента по EURO-CODE 7. Исходные данные и расчетные сечения фунда- ментов принять по данным задачи 15. Занятие 11 Задача 21 Определение крена плитного фундамента жестких сооружений Указания к решению задачи Фундаменты жестких сооружений (водонапорной башни, гра- дирни, дымовой трубы и др.) получают крен i в результате внецен- тренного загружения основания или неоднородности напластования грунтов. Различают два основных случая расчета крена фундаментов: а) надземные конструкции сооружения опираются на отдельный жесткий фундамент; б) жесткое сооружение опирается на несколько фундаментов. 83 Крен фундамента i от действия внецентренной нагрузки, прило- женной в пределах ядра сечения фундамента, согласно ТКП 45- 5.01-67–2007 определяется по формуле 2 3 1 , 2 e e m Ni k Ek a         где E и  – соответственно модуль деформации, МПа, и коэффици- ент поперечной деформации грунта основания; ke – коэффициент, зависящий от направления действия момента и принимаемый по таблице 21.1; N – вертикальная составляющая равнодействующей всех нагрузок на фундамент в уровне его подошвы, МН; e – эксцентриситет приложения нагрузки, м; a – диаметр круглого или размер стороны прямоугольного фунда- мента, в направлении которой действует момент (для фундамента с подошвой в форме правильного многоугольника площадью А прини- мают 2 /a A  ), м; km – коэффициент, учитываемый при расчете крена фундаментов по схеме линейно-деформируемого слоя конечной толщины km = 1. Крен фундамента, обусловленный неравномерным напластованием грунтов определяется по формуле i = (S1 – S2)/L, где S1 и S2 – соответственно осадка противоположных краев фунда- мента; L – расстояние между точками, в которых определялись осадки S1 и S2.  84 Таблица 21.1 – Характеристика фундамента для определения крена Фундамент и направление действия момента  = l/b ke 1,0 0,50 1,2 0,57 1,5 0,68 2,0 0,82 3,0 1,17 5,0 1,42 Прямоугольный с моментом вдоль большей стороны 10,0 2,00 Круглый – 0,75 Условие задачи Определить крен фундамента под водонапорную башню. Инженер- но-геологические условия пятна застройки принять по таблице 11.3 по скважине № 2. Исходные данные для проекти-рования фундаментов приведены в таблице 21.2. Сила действует в направлении большего размера фундамента. Таблица 21.2 – Исходные данные к задаче 21 Размеры фундамента, м Размеры фундамента, м № вари- анта N, МH е, м d l b Е, МПа № вари- анта N, МH е, м d l b Е, МПа 1 1,5 0,20 1,5 4,0 2,0 12,5 16 1,9 0,35 1,5 5,5 3,5 17,5 2 1,6 0,25 1,7 4,5 2,5 17,5 17 2,0 0,40 1,7 6,0 2,0 14,5 3 1,7 0,30 1,9 5,0 3,0 14,5 18 2,1 0,45 1,9 6,5 2,5 15,5 4 1,8 0,35 2,1 5,5 3,5 15,5 19 2,2 0,20 2,1 4,0 3,0 10,5 5 1,9 0,40 2,3 6,0 2,0 10,5 20 2,3 0,25 2,3 4,5 3,5 10,0 85 Окончание таблицы 21.2 Размеры фундамента, м Размеры фундамента, м № вари- анта N, МH е, м d l b Е, МПа № вари- анта N, МH е, м d l b Е, МПа 6 2,0 0,45 1,5 6,5 2,5 10,0 21 2,4 0,30 1,5 5,0 2,0 11,0 7 2,1 0,20 1,7 4,0 3,0 11,0 22 2,5 0,35 1,7 5,5 2,5 12,0 8 2,2 0,25 1,9 4,5 3,5 12,0 23 1,5 0,40 1,9 6,0 3,0 15,0 9 2,3 0,30 2,1 5,0 2,0 15,0 24 1,6 0,45 2,1 6,5 3,5 17,0 10 2,4 0,35 2,3 5,5 2,5 17,0 25 1,7 0,20 2,3 4,0 2,0 17,5 11 2,5 0,40 1,5 6,0 3,0 17,5 26 1,8 0,25 1,5 4,5 2,5 19,0 12 1,5 0,45 1,7 6,5 3,5 19,0 27 1,9 0,30 1,7 5,0 3,0 19,5 13 1,6 0,20 1,9 4,0 2,0 19,5 28 2,0 0,35 1,9 5,5 3,5 15,5 14 1,7 0,25 2,1 4,5 2,5 15,5 29 2,1 0,40 2,1 6,0 2,0 16,0 15 1,8 0,30 2,3 5,0 3,0 12,5 30 2,2 0,45 2,3 6,5 2,5 12,5 Задача 22 Расчет оснований фундаментов по несущей способности Указания к решению задачи Давление, при котором происходят полное разрушение грунта от сдвига, соответствует его несущей способности, т. е. наступлению предельного состояния по условию прочности (устойчивости). Это происходит при нагрузках свыше расчетного сопротивления грунта R (см. задачу 15). Расчет оснований по несущей способности (по первой группе предельных состояний), как правило, выполняется аналитически для проверки обеспечения прочности и устойчивости оснований по формуле Ф ,c U n F   где F – внешняя расчетная нагрузка на основание (см. рисунок 22) в наиболее невыгодной комбинации, кН; ФU – наименьшая несущая способность основания из условия его предельного равновесия или прочности скального грунта по на- правлению нагрузки F, кН; с – коэффициент условий работы:  86 – для песков всех типов, кроме пылеватых с = 1,0; – для песков пылеватых, а также глинистых грунтов в стабили- зированном состоянии c = 0,9; – для глинистых грунтов в нестабилизированном состоянии c = 0,85; n – коэффициент надежности по назначению сооружения, рав- ный 1,2; 1,15 и 1,10 соответственно для зданий и сооружений I, II и III уровней ответственности. Основания ленточных фундаментов проверяются на устойчивос- ть только в направлении их короткой стороны (ширины), а столбча- тых любой формы – в направлении действия момента или горизон- тальной составляющей нагрузки. Расчет по несущей способности обязателен для сооружений: а) на основания которых передаются виброгеодинамические воз- действия или горизонтальные и выдергивающие нагрузки, вызы- вающие дополнительные смещения и осадку фундаментов (распор- ные конструкции, подпорные стены); б) расположенных на откосах или на близком расстоянии от них, рядом с открытыми подземными сооружениями, выемками, комму- никациями и т. п. в) на основаниях, сложенных скальными и слабыми малопроч- ными грунтами (биогенные, обводненные, тиксотропные и глини- стые); г) подпорных стен, стен подвалов и других, а также при особых на- значении сооружения или условиях строительства и эксплутатации. Расчет оснований по несущей способности допускается не про- изводить, если конструктивными мероприятиями обеспечена не- возможность смещения или опрокидывания проектируемого фун- дамента (наличие жесткого пола в подвале и междуэтажных пере- крытий, фундаментов в виде перекрестных лент, жесткой конструктивной схемы здания с поясами жесткости, анкеровка со- оружения, жесткое закрепление откоса и т. п.). 87 Рисунок 22 – Схема к расчету основания по несущей способности: а – расчетная схема основания фундамента; б – схема нагрузок на основание Вертикальную составляющую силы предельного сопротивления основания, сложенного нескальными грунтами в стабилизирован- ном состоянии, допускается определять по формуле  ν 1 1 1Ф ,q q c cb l N b N d N c            кН, где b´ и l´ – приведенные ширина и длина фундамента, м, причем величина b´ соответствует стороне фундамента, в направлении ко- торой предполагается потеря устойчивости основания: b´ = b – 2ех; l´ = l – 2ey, где ех и eу – соответственно эксцентриситеты приложения равно- действующей нагрузок в направлении поперечной и продоль-ной осей фундамента, м; а б  88 N, Nq, Nc – безразмерные коэффициенты несущей способности, определяемые по таблице 22.1 в зависимости от расчетного значе- ния угла внутреннего трения грунта 1 и угла наклона к вертикали  равнодействующей внешней нагрузки F на основание в уровне по- дошвы фундамента; 1, ´1 – расчетный удельный вес грунтов, кН/м3, находящихся в пределах возможной призмы выпирания соответственно ниже и выше подошвы фундамента (при наличии подземных вод опреде- ляются с учетом взвешивающего действия воды); с1 – расчетное удельное сцепление грунта, кПа; d – глубина заложения фундамента (в случае неодинаковой вер- тикальной нагрузки с разных сторон фундамента значение d прини- мается соответствующим наименьшей нагрузке, например, со сто- роны подвала), м; , q, c – коэффициенты формы фундамента, определяемые по формулам: 0,251 ;    1,51 ;q    0,31 ;c    где  = l/b – коэффициент соотношения сторон фундамента; если   1, следует принимать  = 1; l и b – соответственно длина и ши- рина подошвы фундамента, принимаемые в случае внецент-ренного приложения равнодействующей нагрузки равными друг другу. Угол наклона к вертикали  равнодействующей внешней нагруз- ки на основание определяется из условия tg = Fh/Fv, где Fh и Fv – соответственно горизонтальная и вертикальная состав- ляющие внешней нагрузки F на основание в уровне подошвы фун- дамента (см. рисунок 22). 89 Таблица 22.1 – Коэффициенты несущей способности N, Nq, Nc Углы наклона к вертикали, град., равнодействующей внешней нагрузки  Уг ол вн утр енн его тр ени я гру нта  1 , ° Ко эф фи ци ент ы 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 N 0 – – – – – – – – – Nq 1,00 – – – – – – – – – 0 Nc 5,14 – – – – – – – – – N 0,20 0,05* ′ = 4,9 – – – – – – – Nq 1,57 1,26* – – – – – – – – 5 Nc 6,49 2,93* – – – – – – – – N 0,60 0,42 0,12* ′ = 9,8 – – – – – – Nq 2,47 2,16 1,60* – – – – – – – 10 Nc 8,34 6,57 3,38* – – – – – – – N 1,35 1,02 0,61 0,21* ′ = 14,5 – – – – – Nq 3,94 3,45 2,84 2,06* – – – – – – 15 Nc 10,98 9,13 6,88 3,94* – – – – – – N 2,88 2,18 1,47 0,82 0,36* ′ = 18,9 – – – – Nq 6,40 5,56 4,64 3,64 2,69* – – – – – 20 Nc 14,84 12,53 10,02 7,26 4,65* – – – – – N 5,87 4,50 3,18 2,00 1,05 0,58* ′ = 22,9 – – – Nq 10,66 9,17 7,65 6,13 4,58 3,60* – – – – 25 Nc 20,72 17,53 14,26 10,99 7,68 5,58* – – – – N 12,39 9,43 6,72 4,44 2,63 1,29 0,95* ′ = = 26,5 – – Nq 18,40 15,63 12,94 10,37 7,96 5,67 4,95* – – – 30 Nc 30,14 25,34 20,68 16,23 12,05 8,09 6,85* – – – N 27,50 20,58 14,63 9,79 6,08 3,38 1,60* ′ = = 29,8 – – Nq 33,30 27,86 22,77 18,12 13,94 10,24 7,04* – – – 35 Nc 46,12 38,36 31,09 24,45 118,48 13,19 8,63* – – –                                                              * Значения коэффициентов несущей способности соответствуют предельному значению угла наклона к вертикали равнодействующей внешней нагрузки  (указано в ячейке справа).  90 Окончание таблицы 22.1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 N 66,01 48,30 33,84 22,56 14,18 8,26 4,30 2,79* ′ = 32,7 – Nq 64,19 52,71 42,37 33,26 25,39 18,70 13,11 10,46* – – 40 Nc 75,31 61,63 49,31 38,45 29,07 21,10 14,43 11,27* – – N 177,61 126,09 86,20 56,50 32,26 20,73 11,26 5,45 5,22* ′ = = 35,2 Nq 134,87 108,24 85,16 65,58 49,26 35,93 25,24 16,82 16,42* – 45 Nc 133,87 107,23 84,16 64,58 48,26 34,93 24,24 15,82 15,82* – Примечание. При промежуточных значениях 1 и  коэффициенты N Nq и Nc допускается определять методом линейной интерполяции. Условие задачи Выполнить расчет основания фундамента по несущей способно- сти. Инженерно-геологические условия пятна застройки принять по условию задачи 12 для скважины № 2. Уровень ответственности здания – II. Исходные данные для проектирования фундаментов приведены в таблице 22.2. Таблица 22.2 – Исходные данные к задаче 22 Размеры фундамента, м № варианта Fv, МH Fh, МH еx, м d b l 1 1,5 0,10 0,2 1,5 4,0 2,0 2 1,6 0,17 0,25 1,7 4,5 2,5 3 1,7 0,24 0,3 1,9 5,0 3,0 4 1,8 0,31 0,35 2,1 5,5 3,5 5 1,9 0,38 0,4 2,3 6,0 2,0 6 2,0 0,45 0,45 1,5 6,5 2,5 7 2,1 0,10 0,2 1,7 4,0 3,0 8 2,2 0,17 0,25 1,9 4,5 3,5 9 2,3 0,24 0,3 2,1 5,0 2,0 10 2,4 0,31 0,35 2,3 5,5 2,5 11 2,5 0,38 0,4 1,5 6,0 3,0 12 1,5 0,45 0,45 1,7 6,5 3,5 13 1,6 0,10 0,2 1,9 4,0 2,0 14 1,7 0,17 0,25 2,1 4,5 2,5 15 1,8 0,24 0,3 2,3 5,0 3,0 91 Окончание таблицы 22.2 Размеры фундамента, м № варианта Fv, МH Fh, МH еx, м d b l 16 1,9 0,31 0,35 1,5 5,5 3,5 17 2,0 0,38 0,4 1,7 6,0 2,0 18 2,1 0,45 0,45 1,9 6,5 2,5 19 2,2 0,10 0,2 2,1 4,0 3,0 20 2,3 0,17 0,25 2,3 4,5 3,5 21 2,4 0,24 0,3 1,5 5,0 2,0 22 2,5 0,31 0,35 1,7 5,5 2,5 23 1,5 0,38 0,4 1,9 6,0 3,0 24 1,6 0,45 0,45 2,1 6,5 3,5 25 1,7 0,10 0,2 2,3 4,0 2,0 26 1,8 0,17 0,25 1,5 4,5 2,5 27 1,9 0,24 0,3 1,7 5,0 3,0 28 2,0 0,31 0,35 1,9 5,5 3,5 29 2,1 0,38 0,4 2,1 6,0 2,0 30 2,2 0,45 0,45 2,3 6,5 2,5 Занятие 12 Задача 23 Проверка прочности подстилающего слоя Указания к решению задачи Если в пределах сжимаемой толщи основания на глубине z от подошвы фундамента (см. рисунок 23) имеется слой грунта мень- шей прочности, чем прочность грунта вышележащих слоев, разме- ры фундамента должны назначаться с соблюдением условия: zp, i + zg, i  Rz, где zp, i и zg, i – соответственно дополнительное вертикальное напря- жение в грунте от внешней нагрузки и давление от собственного веса грунта по оси фундамента на глубине z ниже его подошвы, МПа; Rz – расчетное сопротивление подстилающего грунта понижен- ной прочности на глубине z, МПа (см. задачу 15):  92   1 2 II 1 II II II1 ,z q q b cR M k b M d M d M ck             Для условного фундамента АВСD шириной bz (см. рисунок 23), м: 2 z zb A a a   (для прямоугольного фундамента); bz = Az /l (для ленточного фундамента), здесь , ; ; 2z zp i N Q l bA a   N + Q – вертикальная нагрузка на основание в уровне подош- вы фундамента с учетом веса фундамента МН; zp, i – давление на кровлю подстилающего слоя, МПа; l и b – соответственно длина и ширина фундамента, м. Рисунок 23 – Расчетная схема для проверки прочности слабого подстилающего слоя грунта 93 Условие задачи Выполнить проверку прочности подстилающего слоя. На глуби- не z от планировки находится слой заторфованного глинистого грунта текучей консистенции со следующими характеристиками: γ = 11,5 кН/м3; φ = 10о; Е = 4,5 кПа. Мощность слоя h = 2,5 м. По- добрать необходимую ширину фундамента с целью обеспечения несущей способности подстилающего слоя. Удельный вес выше- лежащего грунта γгр = 17,8 кН/м3, жесткость здания l/h = 2,75. Исходные данные для проектирования фундаментов приведены в таблице 23. Таблица 23 – Исходные данные к задаче 23 Размеры фундамента, м № варианта N, МH z, м d b l 1 1,5 2,7 1,5 4,0 2,0 2 1,6 3,0 1,7 4,5 2,5 3 1,7 3,3 1,9 5,0 3,0 4 1,8 3,6 2,1 5,5 3,5 5 1,9 3,9 2,3 6,0 2,0 6 2,0 4,2 1,5 6,5 2,5 7 2,1 4,5 1,7 4,0 3,0 8 2,2 2,7 1,9 4,5 3,5 9 2,3 3,0 2,1 5,0 2,0 10 2,4 3,3 2,3 5,5 2,5 11 2,5 3,6 1,5 6,0 3,0 12 1,5 3,9 1,7 6,5 3,5 13 1,6 4,2 1,9 4,0 2,0 14 1,7 4,5 2,1 4,5 2,5 15 1,8 2,7 2,3 5,0 3,0 16 1,9 3,0 1,5 5,5 3,5 17 2,0 3,3 1,7 6,0 2,0 18 2,1 3,6 1,9 6,5 2,5 19 2,2 3,9 2,1 4,0 3,0 20 2,3 4,2 2,3 4,5 3,5 21 2,4 4,5 1,5 5,0 2,0 22 2,5 2,7 1,7 5,5 2,5 23 1,5 3,0 1,9 6,0 3,0  94 Окончание таблицы 23 Размеры фундамента, м № варианта N, МH z, м d b l 24 1,6 3,3 2,1 6,5 3,5 25 1,7 3,6 2,3 4,0 2,0 26 1,8 3,9 1,5 4,5 2,5 27 1,9 4,2 1,7 5,0 3,0 28 2,0 4,5 1,9 5,5 3,5 29 2,1 2,7 2,1 6,0 2,0 30 2,2 3,0 2,3 6,5 2,5 Задача 24 Расчет длительно нагруженных оснований плитных фундаментов существующих сооружений при их ремонте и реконструкции Указания к решению задачи Реконструкция и усиление оснований плитных фундаментов зданий и сооружений производится при необходимости: а) повышения требований к надежности и безопасности объекта; б) изменения функционального назначения и конструктивных свойств объекта или условий его эксплуатации в результате возник- новения недопустимых деформаций и перемещений, дополнитель- ной нагрузки, необходимости повышения несущей способности ос- нований и фундаментов, организации защитных мероприятий от агрессивной среды, техногенных и природных виброгеодинамиче- ских воздействий и т. п.; в) повышения экономичности сооружения за счет снижения за- трат на его эксплуатацию посредством улучшения его эксплуата- ционных характеристик; г) выполнения требований по охране природной среды. Реконструкцию оснований и фундаментов рекомендуется осуще- ствлять следующими методами: – повышением прочности грунтов основания: – изменением условий передачи давления на основание за счет уширения и заглубления подошвы фундамента или его пересадки на дополнительные опоры: сваи, оболочки и др.; 95 – возвращением фундамента в проектное положение; – повышением прочности материала фундамента посредством укрепления его тела обоймами, инъекцией и др. Проектирование реконструкции оснований и фундаментов (рас- чет и конструирование) осуществляется согласно требованиям норм и с учетом следующих требований: – дополнительные осадки не должны превышать 30–40 % их предельно допустимых значений, принимаемых для нового строи- тельства ; – учет возможности изменения характеристик, прочности и де- формативности грунта, водонепроницаемости, прочности и дефор- мативности материала фундаментов и изменения инженерно- геологических условий строительства во времени; – учет влияния деформаций основания реконструируемого объ- екта на основания соседних существующих сооружений; – разработка мероприятий по защите сооружений, технике безо- пасности и способам визуального и инструментального наблюдения за зданием и усиливаемыми конструкциями в процессе проведения работ и по их окончании (в случае необходимости). Расчетное сопротивление грунта основания, уплотненного дли- тельно действующей нагрузкой от существующего сооружения, до- пускается определять по формуле ТКП 45-5.01-67–2007:   1 2уп II 1 II II II1 ,g z q q b cR M k bg M d g M d g M ck       где Мg, Мq, Мс – коэффициенты, принимаемые по таблице 15.2 в зависимости от расчетных значений угла внутреннего трения II уплотненного грунта, залегающего под подошвой фундамента, оп- ределяемого опытным путем или по эмпирической зависимости, приведенной ниже; gII – средний расчетный удельный вес грунта после длительного уплотнения, залегающего ниже подошвы фундамента, по данным обследования, кН/м3; g′II – то же, грунта, залегающего выше подошвы фундамента, по данным обследования, кН/м3;  96 сII – расчетное удельное сцепление длительно уплотненного грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, по данным обследования, МПа, определяемое опытным путем или по эмпирической зависимости, приведенной ниже. Значения угла внутреннего трения, удельного сцепления и моду- ля деформации для ненарушенных грунтов основания, находящихся под длительной нагрузкой от существующего сооружения, допуска- ется определять по формулам  = К0, с = Ксс0, Е = КЕЕ0, где 0,  – расчетный угол внутреннего трения грунта ниже подош- вы фундамента на глубину до 1 м соответственно до его загружения и на момент реконструкции (обследования) существующего соору- жения, град.; с0, с – расчетное удельное сцепление грунта ниже подошвы фун- дамента на глубину до 1 м соответственно до его загружения и на момент реконструкции (обследования) существующего сооружения, МПа; Е, Е0 – модуль деформации грунта ниже подошвы фундамента на глубину до 1 м соответственно до его загружения и на момент ре- конструкции (обследования) существующего сооружения, МПа; К, Кс, КЕ – коэффициенты приращения значений 0, с0, Е0 грун- тов Республики Беларусь средней прочности от их длительного уплотнения весом существующего сооружения, принимаемые по таблице 24.2. Та бл иц а 24 – Ко эф фи ци ент ы пр ир ащ ени я K  , K c, K E исх од ны х зна чен ий  0, с 0, Е 0 гру нто в сре дн ей пр оч но сти н а г лу би ну д о 1 м н иж е п од ош вы ф ун дам ент а ш ир ин ой 1 м от д ли тел ьно го уп лот нен ия их ве сом су ще ств ую щи х с оор уж ени й Рас чет но е д авл ени е н а г рун т p 0 = 0 ,3 М Па , д ли тел ьно де йст вую ще е в те чен ие 1 год а 3 лет 5 лет 20 ле т 40 ле т и бо лее Ти п г рун та осн ова ни я K  K c K E K  K c K E K  K c K E K  K c K E K  K c K E Ле сɫо вы е с уп еси , су гли нк и (не вод он асы ще нн ые , п ри коэ фф иц иен те по ри сто сти 0, 5  e  0, 75 и по каз ате ле тек уч ест и 0  I L  0, 75 ) 1 1, 20 1, 00 1, 00 1, 40 1, 20 1, 00 1, 45 1, 25 1, 00 1, 5 1, 30 1, 00 1, 5 1, 3 Мо рен ны е с уп еси , су гли нк и (не вод он асы ще нн ые , п ри коэ фф иц иен те по ри сто сти 0, 3  e  0, 5 и п ока зат еле тек уч ест и 0  I L  0, 75 ) 1 1, 00 1, 00 1, 00 1, 20 1, 25 1, 00 1, 25 1, 30 1, 00 1, 3 1, 35 1, 00 1, 4 1, 5 Пе ски ср едн ей пр оч но сти (не зав иси мо от вл аж но сти , п ри коэ фф иц иен те по ри сто сти 0, 5  e  0, 75 ): – кру пн ые , ср едн ей кру пн ост и 1 1, 12 1, 25 1, 06 1, 15 1, 30 1, 07 1, 15 1, 30 1, 07 1, 3 1, 35 1, 08 1, 4 1, 4 – ме лки е 1 1, 14 1, 30 1, 10 1, 20 1, 35 1, 11 1, 25 1, 35 1, 12 1, 4 1, 40 1, 12 1, 5 1, 5 – пы лев аты е 1 1, 20 1, 35 1, 13 1, 25 1, 40 1, 14 1, 30 1, 40 1, 15 1, 7 1, 50 1, 15 1, 8 1, 6 97  98 Условие задачи Определить несущую способность грунтов основания плитных фундаментов через прошедшее время эксплуатации здания. Проверить достаточность размеров существующих фундаментов зданий для вос- приятия новых увеличенных нагрузок. Исходные инженерно- геологические условия приведены в условии задачи 12, характеристи- ки фундаментов – в условии задачи 15, начальные нагрузки в условии задачи 16. Исходные данные для проектирования реконструкции фун- даментов приведены в таблице 24.2. Таблица 24.2 – Исходные данные к задаче 24 № вари- анта Время эксплуатации здания, лет Увеличение нагрузки в … раз № вари- анта Время эксплуатации здания, лет Увеличение нагрузки в … раз 1 1,0 1,1 16 1,0 1,1 2 3,0 1,2 17 3,0 1,2 3 5,0 1,3 18 5,0 1,3 4 2,0 1,4 19 2,0 1,4 5 4,0 1,6 20 4,0 1,6 6 1,0 1,1 21 1,0 1,1 7 3,0 1,2 22 3,0 1,2 8 5,0 1,3 23 5,0 1,3 9 20, 1,4 24 2,0 1,4 10 4,0 1,6 25 4,0 1,6 11 1,0 1,1 26 1,0 1,1 12 3,0 1,2 27 3,0 1,2 13 5,0 1,3 28 5,0 1,3 14 2,0 1,4 29 2,0 1,4 15 4,0 1,6 30 4,0 1,6 99 Раздел III ПРОЕКТИРОВАНИЕ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ И АНКЕРОВ Занятие 13 Задача 25 Определение физико-механических характеристик грунтов по результатам зондирования Указания к решению задачи Метод зондирования заключается в измерении сопротивления грунта погружению зонда (конуса диаметром 96 мм, площадью 10 см2, с углом заострения 60о), под его наконечником и на боковой поверхности, которые используются для определения физико- механических характеристик грунтов или несущей способности свай. Зонды погружают двумя способами: задавливанием (статическое зондирование) или забивкой (динамическое зондирование). Определение физико-механических характеристик грунтов основа- ний по результатом зондирования выполняется в соответствии с ТКП 45-5.01-15–2005 «Прочностные и деформационные характеристики грунтов по данным статического зондирования и пенетрационного каротажа. Правила определения» и ТКП 45-5.01-17–2006 «Прочност- ные и деформационные характеристики грунтов по данным динамиче- ского зондирования. Правила определения» (далее – норм). Коэффициент пористости е песчаных грунтов естественного сло- жения, независимо от генезиса, крупности и влажности (кроме водона- сыщенных пылеватых), определяют с учетом условного динамическо- го сопротивления грунта рd по корреляционной зависимости е = (0,855 – 0,130)lnрd. Нормативные значения удельного сцепления с и угла внутренне- го трения  песчаных грунтов естественного сложения (кроме пес- ков пылеватых водонасыщенных) в зависимости от условного динамического сопротивления грунта рd следует принимать по таб- лице 25.1. 100 Таблица 25.1 – Значения с и φ по результатам динамического зондирования Вид песчаных грунтов Характеристики грунтов Характеристики песчаных грунтов при условном динамическом сопротивлении грунта рd, МПа 1,5 2,0 3,0 5,0 10,0 15,0 17,5 Крупные с, кПа , ° – – 0,0 34 0,0 36 0,5 38 0,8 39 1,5 40 2,0 41 Средние с, кПа , ° 0,0 31 0,0 32 0,0 33 1,1 35 1,7 37 2,5 38 3,0 39 Мелкие с, кПа , ° 0,0 28 1,0 29 1,5 30 2,1 32 3,5 35 4,0 36 4,5 37 Пылеватые маловлажные и влажные с, кПа , ° 1,5 24 2,0 26 3,0 28 4,1 30 5,5 33 6,0 34 6,5 35 Примечания. 1. Для песчаных грунтов с промежуточными значениями рd значения с и  сле-дует определять методом интерполяции. 2. При значениях рd более 17,5 МПа значения с и  следует принимать как для рd = 17,5 МПа. Показатель текучести IL глинистых грунтов по результатам ди-намического зондирования определяется согласно норм по корре- ляционным зависимостям: – для супесей моренных IL = (0,457 – 0,228)lnрd, – для суглинков моренных IL = (0,556 – 0,202)lnрd. Нормативные значения прочностных характеристик с и φ глини- стых грунтов в зависимости от условного динамического сопротив- ления грунта рd принимаются по таблице 25.2. Таблица 25.2 – Значения с и φ по результатам динамического зондирования Генетиче- ский тип грунтов Вид грунтов Характе- ристики грунтов Условное динамическое сопротивление грунта pd, МПа 1,2 2,4 3,6 6,0 9,0 12,0 > 15,0 Ледниковые (моренные) Супеси с, кПа , ° 23 26 26 27 30 27 36 28 40 29 42 30 48 31 Суглинки с, кПа , ° 30 25 35 26 40 26 45 27 50 28 52 29 56 29 Озерно- ледниковые Суглинки и глины с, кПа , ° 36 14 42 14 56 13 65 12 85 11 100 10 130 9 Примечание. Для грунтов с промежуточными значениями pd значения с и  следует определять методом интерполяции. 101 Нормативные значения модуля деформации Е песчаных грунтов естественного сложения, независимо от их генезиса (кроме водона- сыщенных пылеватых), и пылевато-глинистых грунтов определяю в зависимости от условного динамического сопротивления грунта рd по таблице 25.3. Таблица 25.3 – Значение модуля деформации Е по результатам динамического зондирования Генетический тип и вид грунтов Условное динамическое сопротивление грунта рd, МПа 1,2 2,0 3,0 5,0 10,0 15,0 Пески гравелистые, крупные, независимо от влажности 11 14 16 23 40 55 Пески средние, независимо от влажности 10 14 16 22 35 50 Пески мелкие, независимо от влажности 9 12 15 21 33 45 Пески пылеватые маловлажные и влажные 8 11 14 20 32 46 Моренные супеси и суглинки 10 13 16 22 38 54 Лессовидные супеси и суглинки 8 12 15 19 30 – Примечания. 1. Для грунтов с промежуточными значениями рd значения Е следует опреде-лять методом интерполяции. 2. При значениях рd > 15 МПа значения Е следует принимать как для рd = 15 МПа. Условие задачи Определить физико-механические характеристики грунтов осно- ваний по результатам статического и динамического зондирования, а также по основным расчетным формулам. Сравнить полученные результаты. Расчеты свести в таблицу (образец – см. таблицу 25.4). Выполнить сравнение полученных результатов. Исходные данные для определения физико-механических свойств грунтов строитель- ной площадки оснований по результатам динамического зондиро- вания с целью проектирования свайных фундаментов принять по приложению 1. Номера ИГЭ и точек зондирования выбрать соот- ветственно варианту. 102 Таблица 25.4 – Результаты расчетов для задачи 25 № ИГЭ На им ено ван ие гру нта Мо щн ост ь г ру нта , м Ве лич ин а з онд иро ван ия p d , М Па Уд ель ны й в ес ми нер аль ны х час тиц  s, кН /м3 Ко эф фи ци ент по ри сто сти е Уд ель ны й в ес гру нта  гр , кН /м3 Вл аж но сть гр ун та w, % По каз ате ль тек уче сти I L Уг ол вн утр енн его тре ни я φ , ° Уд ель но е с цеп лен ие с, к Па Мо ду ль деф ор ма ци и Е, МП а Лб. Зонд.Лб. Зонд. Лб. Зонд.Лб. Зонд.Лб. Зонд.Лб. Зонд. Задача 26 Определение допускаемой на сваю расчетной нагрузки практическим методом по данным норм Республики Беларусь Указания к решению задачи Выбор конструкции фундамента (свайного, на естественном или искусственном основании), а также вида свай и типа свайного фун- дамента (например, свайных кустов, лент, полей) следует произво- дить, исходя из конкретных условий строительной площадки, ха- рактеризуемых материалами инженерных изысканий, расчетных нагрузок, действующих на фундамент. При этом следует учитывать результаты технико-экономического сравнения возможных вариан- тов проектных решений фундаментов (с оценкой по приведенным затратам), выполненного с учетом требований по экономному рас- ходованию основных строительных материалов и обеспечивающего наиболее полное использование прочностных и деформационных характеристик грунтов и физико-механических свойств материалов фундаментов. Сваями называют стержни с отношением стороны (диаметра) d к длине L d/L = 0,03…0,20 (при d ≤ 0,8 м), передающие нагрузку на нижние прочные слои грунта, погруженные в основание в готовом виде (забивкой, вибрацией) или изготовленные непосредственно на строительной площадке. Плиты и балки (как правило, из монолит- 103 ного бетона), объединяющие сваи поверху называют ростверком, который считается низким при заглублении его подошвы в грунт или высоким, если его подошва расположена над грунтом. Сваи подразделяют по характеру передачи нагрузки на основание: а) сваи-стойки – передают нагрузку от сооружения нижним кон- цом на практически несжимаемые грунты, при этом силы трения по боковой поверхности не учитываются; б) сваи, защемленные (висячие) в грунте – передают нагрузку нижним концом и боковой поверхностью. Расчетная несущая способность грунта одиночной сваи, назы- ваемая далее несущей способностью сваи, может определяться следующими способами: а) по результатам полевых испытаний статической нагрузкой; б) по результатам испытаний грунтов зондированием (статиче- ское, динамическое) и эталонной сваей; в) расчетными методами с использованием эмпирических и ана- литических способов. Расчет по грунту принято определять по таблицам норм (пособия П13, П18 и другие к СНБ 5.01.01–99) на основе инженерных изы- сканий практическим методом либо по результатам испытания свай динамическими, статическими нагрузками и испытания грунта зон- дированием. Несущая способность забивных и набивных свай защемленных в грунте, работающих на сжимающую осевую нагрузку, определя- ется как суммарное сопротивление грунта основания под нижним концом сваи и на ее боковой поверхности:  , , , кН,d i c cR cf f i iF RA U R h     где c – коэффициент условий работы сваи в грунте; c = 1 – для грунтов первого типа по просадочности; c = 0,8 – для биогенных и глинистых грунтов (при IL ≥ 0,7); cR = 1 – коэффициент условий работы грунта под нижним кон- цом сваи; для буронабивных свай с выштампованным основанием принимается по таблице 26.1; R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, принимаемое по таблице 26.2 – для забивных свай, по табли- цам 26.3, 26.4 – для буронабивных с уплотненным основанием; 104 А – площадь опирания на грунт сваи; принимается равной пло- щади поперечного сечения нижнего конца сваи или ее уширения «брутто» после вытрамбовки, м2; U – усредненный периметр поперечного сечения ствола сваи в i-ом слое грунта, м; cf – коэффициент работы грунта на боковой поверхности сваи; для глинистых грунтов cf = 0,8; для песчаных – cf = 0,9; для насып- ных – cf = 0,75 (при Kcom < 0,95); Rf, i – расчетное сопротивление трению грунта на боковой поверх- ности ствола сваи в пределах i-го слоя, кПа, принимаемое по таблицам 26.5, 26.6, 26.7 для буронабивных свай с уплотненным основанием; hi – толщина грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью ствола сваи в пределах i-го слоя, м. Таблица 26.1 – Значение коэффициента cR для буронабивных свай с уплотненным основанием Диаметр нижнего конца сваи (пяты), мм Способ подготовки песчаных и глинистых оснований разбуриванием с уплотнением забоя скважины разбуриванием с вытрамбовкой пяты 400 500 600 700 800 900 1000 1500 1,20 1,20 1,20 1,15 1,10 1,05 1,05 – – – 3,00 2,60 2,40 2,20 2,00 1,50 Таблица 26.2 – Значения сопротивления R для забивных свай с уп- лотненным основанием из глинистых (моренных) грунтов, МПа, Расчетная глубина расположе- ния нижнего конца свай, м Коэф- фици- ент порис- тости е Показатель текучести IL  0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,5 0,3 0,4 0,5 2,0 1,3 0,9 1,60 1,00 0,70 1,40 0,90 0,60 1,20 0,80 0,55 1,00 0,65 0,45 0,80 0,50 0,35 0,70 0,40 0,30 0,60 0,35 0,25 – 0,30 0,20 – – 0,15 105 Окончание таблицы 26.2 Расчетная глубина расположе- ния нижнего конца свай, м Коэф- фици- ент порис- тости е Показатель текучести IL  0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 2,0 0,3 0,4 0,5 2,8 1,8 1,3 2,40 1,50 1,10 2,10 1,30 0,90 1,80 1,20 0,80 1,40 0,90 0,60 1,20 0,80 0,55 0,90 0,60 0,40 0,80 0,50 0,35 – 0,40 0,30 – – 0,25 3,0 0,3 0,4 0,5 3,0 2,0 1,5 2,70 1,80 1,25 2,40 1,60 1,10 2,00 1,30 0,90 1,60 1,00 0,70 1,40 0,90 0,60 1,10 0,70 0,50 1,00 0,60 0,45 – 0,50 0,40 – – 0,30 4,0 0,3 0,4 0,5 3,2 2,3 1,7 2,90 2,10 1,50 2,60 1,85 1,30 2,30 1,60 1,05 1,90 1,20 0,85 1,60 1,05 0,70 1,30 0,90 0,60 1,00 0,70 0,40 – 0,60 0,35 – – 0,35 5,0 0,3 0,4 0,5 3,4 2,6 2,0 3,10 2,40 1,70 2,80 2,20 1,50 2,50 1,70 1,15 2,00 1,30 0,90 1,75 1,20 0,80 1,40 1,00 0,55 1,20 0,80 0,50 – 0,70 0,45 – – 0,40 6,0 0,3 0,4 0,5 3,6 2,9 2,2 3,30 2,60 1,80 3,00 2,40 1,60 2,60 1,80 1,25 2,10 1,40 1,00 1,85 1,30 0,90 1,50 1,20 0,65 1,30 0,90 0,45 – 0,75 0,50 – – 0,35 8,0 0,3 0,4 0,5 4,0 3,4 2,6 3,70 3,00 2,00 3,40 2,60 1,80 2,80 2,00 1,35 2,30 1,60 1,10 2,05 1,40 1,00 1,70 1,30 0,75 1,50 1,00 0,50 – 0,80 0,55 – – 0,40 10 0,3 0,4 0,5 4,4 3,6 3,0 4,10 3,40 2,20 3,80 2,80 1,90 3,00 2,20 1,55 2,50 1,80 1,20 2,25 1,50 1,10 1,90 1,40 0,85 1,70 1,05 0,55 – 0,80 0,50 – – 0,45 12 0,3 0,4 0,5 4,8 4,4 3,4 4,50 3,80 2,60 4,20 3,00 2,00 3,20 2,30 1,70 2,70 1,95 1,30 2,40 1,60 1,20 2,10 1,45 0,90 1,90 1,10 0,60 – 0,90 0,55 – – 0,50 Примечания. 1. Для промежуточных значений глубин и показателей текучести грунтов зна- чения R определяются методом интерполяции. 2. Расчетную глубину расположения нижнего конца сваи во всех случаях (в том числе и для искусственных грунтов) необходимо принимать от поверхности грунта. Таблица 26.3 – Значения расчетных сопротивлений R грунтовых оснований буронабивных свай под пятой, МПа Расчетная глубина расположения нижнего конца (пяты) сваи, м Коэффициент пористости е Песчаные грунты крупные и гравелистые средние мелкие пылеватые 1,5 0,50 0,65 0,80 1,80 1,40 1,10 1,40 1,10 0,90 1,15 0,90 0,70 0,90 0,70 0,55 2,0 0,50 0,65 0,80 2,60 2,00 1,60 1,95 1,50 1,20 1,30 1,00 0,80 1,05 0,80 0,65 106 Окончание таблицы 26.3 Расчетная глубина расположения нижнего конца (пяты) сваи, м Коэффициент пористости е Песчаные грунты крупные и гравелистые средние мелкие пылеватые 3,0 0,50 0,65 0,80 3,00 2,30 1,85 2,20 1,70 1,35 1,40 1,10 0,90 1,15 0,90 0,70 4,0 0,50 0,65 0,80 3,50 2,70 2,15 2,80 2,15 1,70 1,60 1,25 1,00 1,30 1,00 0,80 5,0 0,50 0,65 0,80 4,00 3,10 2,50 3,25 2,50 2,00 1,80 1,40 1,10 1,40 1,10 0,90 7,0 0,50 0,65 0,80 5,00 3,90 3,10 4,15 3,20 2,60 2,20 1,70 1,35 1,70 1,30 1,05 9,0 0,50 0,65 0,80 6,10 4,70 3,75 5,05 3,90 3,10 2,60 2,00 1,60 1,90 1,50 1,20 12,0 0,50 0,65 0,80 7,80 6,00 4,80 6,50 5,00 4,00 3,20 2,50 2,00 2,45 1,90 1,50 Таблица 26.4 – Значения R буронабивных свай с уплотненным основанием для глинистых грунтов (кроме моренных) Расчетная глубина расположения нижнего конца (пяты) сваи, м Коэффициент пористости е Показатель текучести IL  0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,75 1,5  0,55 0,65 0,75 1,20 1,00 0,80 1,00 0,80 0,60 0,85 0,70 0,55 0,70 0,60 0,45 0,60 0,50 0,40 0,50 0,40 0,30 0,45 0,35 0,25 0,30 0,25 0,20 2,0  0,55 0,65 0,75 1,70 1,40 1,10 1,40 1,20 1,00 1,25 1,05 0,85 1,10 0,90 0,70 0,85 0,70 0,55 0,70 0,60 0,45 0,55 0,45 0,35 0,35 0,30 0,25 3,0  0,55 0,65 0,75 1,90 1,60 1,30 1,70 1,40 1,10 1,40 1,20 1,00 1,20 1,00 0,80 1,00 0,80 0,60 0,85 0,70 0,55 0,65 0,55 0,45 0,50 0,40 0,30 4,0  0,55 0,65 0,75 2,40 2,00 1,60 1,90 1,60 1,30 1,70 1,45 1,20 1,30 1,10 0,90 1,10 0,90 0,70 1,00 0,80 0,60 0,70 0,60 0,45 0,60 0,50 0,40 5,0  0,55 0,65 0,75 2,80 2,40 2,00 2,30 1,90 1,50 2,00 1,70 1,40 1,50 1,25 1,00 1,20 1,00 0,80 1,10 0,90 0,70 0,85 0,70 0,55 0,70 0,60 0,45 107 Окончание таблицы 26.4 Расчетная глубина расположения нижнего конца (пяты) сваи, м Коэффициент пористости е Показатель текучести IL  0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,75 7,0  0,55 0,65 0,75 3,50 2,90 2,30 2,70 2,30 1,90 2,50 2,10 1,70 2,00 1,70 1,40 1,70 1,40 1,10 1,30 1,10 0,90 1,10 0,90 0,70 0,85 0,70 0,55 10,0  0,55 0,65 0,75 4,20 3,50 2,80 3,50 2,90 2,30 3,20 2,70 2,10 2,70 2,30 1,90 2,50 2,00 1,70 1,70 1,40 1,10 1,40 1,20 1,00 1,10 0,90 0,70 Примечания. 1. Для промежуточных значений глубин слоев и показателей текучести и коэф- фициента пористости значения R определяются методом интерполяции. 2. Расчетную глубину расположения нижнего конца сваи во всех случаях (в том числе и для искусственных грунтов) принимать от поверхности грунта. Таблица 26.5 – Расчетные сопротивления песчаных грунтов Rf,i на боковой поверхности буронабивных свай с уплотненным основанием, кПа Расчетная глубина расположения нижнего конца (пяты) сваи, м Коэффициент пористости е Песчаные грунты крупные и гравелистые средние мелкие пылеватые 0,5 0,50 0,65 0,80 45 35 31 39 30 24 26 20 16 19 15 12 1,0 0,50 0,65 0,80 52 40 32 45 35 31 32 25 20 30 23 18 1,5 0,50 0,65 0,80 55 42 34 49 38 30 39 30 24 32 25 20 2,0 0,50 0,65 0,80 58 45 36 55 42 34 41 32 26 36 28 22 3,0 0,50 0,65 0,80 65 50 40 62 48 38 45 35 31 39 30 24 4,0 0,50 0,65 0,80 71 55 44 69 53 42 49 38 29 41 32 26 5,0 0,50 0,65 0,80 78 60 48 73 56 45 52 40 32 44 34 27 108 Окончание таблицы 26.5 Расчетная глубина расположения нижнего конца (пяты) сваи, м Коэффициент пористости е Песчаные грунты крупные и гравелистые средние мелкие пылеватые 6,0 0,50 0,65 0,80 80 62 50 75 58 46 55 42 34 45 35 28 8,0 0,50 0,65 0,80 84 65 52 80 62 50 57 44 35 46 36 29 11,0 0,50 0,65 0,80 93 72 58 88 68 55 65 50 40 51 39 31 Примечания. 1. Для промежуточных значений глубин слоев, коэффициента пористости е значение Rf, i определяется методом интерполяции. 2. Расстояние до середины рассматриваемого слоя грунта во всех случаях при- нимать от верха сваи (фундамента) в уровне отметки забивки. 3. При определении расчетных сопротивлений грунтов на боковой поверхности сваи Rf, i, пласты грунтов следует разделять на однородные слои толщиной не более 1 м. Таблица 26.6 – Значения Rf, i глинистых (моренных) грунтов на боковой поверхности буронабивных свай с уплотненным ложем Расстояние поверхности грунта до середины рассматриваемого слоя, м Показатель текучести IL  0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 0,5 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 8,0 11,0 50 58 65 67 69 71 73 77 82 44 51 58 60 62 64 66 70 76 40 45 53 56 58 60 62 66 71 26 32 41 48 51 54 57 60 65 16 20 25 34 41 46 49 54 59 11 15 22 27 33 34 37 42 50 8 12 17 22 25 27 29 33 38 5,5 8 14 19 22 24 27 31 35 4 6 12 17 19 21 23 27 33 3 5 9 12 14 17 19 23 29 Примечания. 1. Для промежуточных значений глубин и показателей текучести, расчетное сопротивление Rf, i, кПа, определяется методом интерполяции. 2. Для прочных и очень прочных моренных супесей и суглинков расчетное со- противление Rf, i, кПа, увеличивается на 30 %. 109 Таблица 26.7 – Значения Rf, i глинистых грунтов (кроме моренных) на боковой поверхности буронабивных свай с уплотненным основанием Расстояние от расчетной поверхности грунта до середины рассматриваемого слоя, м Показатель текучести IL  0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,75 0,5 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 7,0 9,0 40 45 55 60 65 70 74 78 35 38 45 50 55 60 64 68 30 35 42 48 53 56 60 64 20 25 32 38 40 43 47 51 12 15 22 28 32 36 40 44 9 12 17 21 24 26 30 32 6 9 13 17 19 21 25 27 4,5 5,0 9,0 13,0 15,0 17,0 20,0 22,0 Примечания. 1. Для промежуточных значений глубин слоев и показателя текучести грунтов значения Rf, i определяются методом интерполяции. 2. Для прочных супесей, суглинков и глин значения Rf, i увеличиваются на 20 %. Сопротивление песчаных грунтов на боковой поверхности сваи с уширением следует учитывать на участке от уровня планировки до пересечения ствола сваи с поверхностью воображаемого конуса, имеющего в качестве образующей линию, касающуюся поверхно- сти уширения под углом I/2 к оси сваи (I – осредненное (по слоям) расчетное значение угла внутреннего трения грунта). Сопро- тивление пылевато-глинистых грунтов допускается учитывать по всей длине ствола. При определении расчетных значений сопротивления грунта на боковой поверхности Rf,i с использованием их табличных величин, пласты грунта расчленяются на однородные слои толщиной не бо- лее 1000 мм или принимаются равными толщине отдельных про- слоев, если высота последних не превышает 1000 мм. Нагрузка допускаемая на сваю N определяется из условия N = Fd, i /k, где k – коэффициент надежности метода определения несущей спо- собности сваи, принимаемый по таблице 5.6 СНБ 5.01.01–99; для расчетного способа k = 1,4; Fd, i – несущая способность сваи, найденная опытным или рас- четным способом, кН. 110 Условие задачи Определить расчетную нагрузку, допускаемую на одиночную буронабивную сваю с уплотненным забоем скважины. Дать схему расположения сваи относительно прорезаемых ей слоев грунта с указанием расстояний от поверхности планировки до середины ка- ждого элементарного слоя, толщиной hi. Конструкция сваи приве- дена на рисунке 26, геометрические размеры – в таблице 26.8. Несущую способность определять по инженерно-геологическому разрезу, приведенному в задаче 25. a б Рисунок 26 – Типы буронабивных свай с уплотненным основанием: а – с уплотненным забоем; б – с вытрамбованной уширенной пятой Таблице 26.8 – Исходные данные к задаче 26 № вари- анта Глубинна заложения ростверка от поверхности земли Геометрические параметры сваи Длина сваи L, м Диаметр ствола d, м Диаметр пяты Dп, м 1 0,6 9,0 0,400 0,400 2 0,6 11,0 0,400 0,400 3 0,8 9,0 0,442 0,442 4 0,8 9,0 0,400 0,785 5 1,0 12,0 0,400 0,400 6 1,0 9,0 0,462 0,462 7 1,2 9,0 0,400 0,900 8 1,2 13,0 0,400 0,400 9 1,4 9,0 0,480 0,480 10 1,4 9,0 0,400 0,985 11 0,6 9,0 0,400 0,400 а б 111 Окончание таблицы 26.8 № вари- анта Глубинна заложения ростверка от поверхности земли Геометрические параметры сваи Длина сваи L, м Диаметр ствола d, м Диаметр пяты Dп, м 12 0,6 11,0 0,400 0,400 13 0,8 9,0 0,442 0,442 14 0,8 9,0 0,400 0,785 15 1,0 12,0 0,400 0,400 16 1,0 9,0 0,462 0,462 17 1,2 9,0 0,400 0,900 18 1,2 13,0 0,400 0,400 19 1,4 9,0 0,480 0,480 20 1,4 9,0 0,400 0,985 21 0,6 9,0 0,400 0,400 22 0,6 11,0 0,400 0,400 23 0,8 9,0 0,442 0,442 24 0,8 9,0 0,400 0,785 25 1,0 12,0 0,400 0,400 26 1,0 9,0 0,462 0,462 27 1,2 9,0 0,400 0,900 28 1,2 13,0 0,400 0,400 29 1,4 9,0 0,480 0,480 30 1,4 9,0 0,400 0,985 Занятие 14 Задача 27 Определение несущей способности сваи по результатам зондирования Указания к решению задачи В современной практике проектирования фундаментов несущую способность свай определяют расчетными методами, испытанием статической вдавливающей нагрузкой и по результатам статическо- го и динамического зондирования (см. задачи 25 и 26). Определение несущей способности забивных и набивных свай по результатам динамического зондирования П2–2000 к СНБ 05.01.01–99. 112 Для забивных и набивных свай – частное значение предельного сопротивления сваи в точке ударного динамического зондирования определяется по формуле , , кН,d i d fu fu fdF R A R A R hU   где dR – среднее значение предельного сопротивления грунта под нижним концом сваи по данным ударного динамического зондиро- вания в рассматриваемой точке, МПа; А – площадь поперечного сечения сваи, м2; fdR – среднее значение предельного сопротивления грунта на боковой поверхности сваи по данным ударного динамического зон- дирования в рассматриваемой точке, МПа; h – глубина погружения сваи в грунт, м; U – периметр поперечного сечения ствола сваи, м. Среднее значение предельного сопротивления грунта под ниж- ним концом сваи по данным ударного динамического зондирования в рассматриваемой точке определяется по формуле , 1 , МПа, n d i i i d q z R z   где qd, i – удельное сопротивление i-го слоя грунта в пределах участ- ка z под нижним концом сваи, МПа, определяемое в зависимости от полученного из опыта условного динамического сопротивления грунта pd по таблице 27; zi – толщина i-го слоя грунта в пределах участка z, м; z – участок, расположенный в пределах одного диаметра d выше и четырех диаметров 4d ниже отметки нижнего конца проектируе- мой сваи, м. Среднее значение предельного сопротивления грунта на боковой поверхности сваи по данным ударного динамического зондирова- ния в рассматриваемой точке следует определять по формуле 113 , 1 , МПа, n d i i i fd f h R h   где ,d if – среднее значение удельного сопротивления грунта i-го слоя в пределах участка h на боковой поверхности сваи, МПа, опре- деляемое в зависимости от полученного из опыта условного дина- мического сопротивления грунта рd по таблице 27. Таблица 27 – Значения qd, i и ,d if для забивных и набивных свай рd, МПа Удельное сопротивление грунта i-го слоя под нижним концом забивной сваи qd, i, МПа Среднее значение удельного сопротивления грунта i-го слоя на боковой поверхности забивной сваи ,d if 10 –2 МПа для песчаных грунтов есте- ственного сложения и намывных с давностью намыва более полугода года для моренных глинистых грунтов для глини- стых грун- тов (кроме моренных) неводона- сыщенных для песчаных грунтов есте- ственного сложения и намывных с давностью намыва более полугода года для моренных глинистых грунтов для глини- стых грунтов (кроме моренных) неводонасы- щенных  1,0 0,95 0,65 0,59 0,58 2,82 2,34 2,0 1,70 1,15 1,04 1,11 4,75 3,80 3,0 2,40 1,60 1,44 1,60 5,00 3,95 5,0 3,55 2,25 2,02 2,46 5,50 4,20 8,0 4,80 2,95 2,65 3,54 5,75 4,30 10,0 5,42 3,20 2,90 4,13 6,00 4,40 12,0 6,10 3,40 3,06 4,64 6,20 4,50 15,0 6,25 3,50 3,15 5,27 6,30 4,55  17,5 6,40 4,00 3,60 5,63 6,50 4,60 Примечания. 1. Значения qd,i и ,d if следует определять для однородных слоев с изменениями рd не более, чем на 20 %. 2. Пылеватые водонасыщенные пески по результатам динамического зондиро- вания не нормируются. 114 Условие задачи Определить несущую способность свай по результатам зондиро- вания. В случае отсутствия значений ,s if их значения до глубины 5,0 м принять равным значению  2, tg 45 / 2 .s if h      Инже- нерно-геологический разрез и графики зондирования приведены в данных к задаче 25. Задача 28 Конструирование свайных фундаментов Указания к решению задачи Одиночную сваю в составе фундамента и вне его по несущей способности грунтов основания следует рассчитывать, исходя из условия , ,d ii d f k FN F    где Ni – расчетная нормативная внешняя нагрузка, передаваемая на отдельную сваю при наиболее невыгодных сочетаниях усилий с учетом собственного веса ростверка и свай, кН; γf – коэффициент надежности по нагрузке: при расчете основа- ния свай по несущей способности γf = 0,87; при расчете по дефор- мациям γf = 1,0; Fd, i – расчетная несущая способность грунта основания одиноч- ной или отдельной сваи в кусте и приходящейся на нее части рост- верка, кН; γk – коэффициент надежности: γk = 1,4 (при определении F по формулам); γk = 1,3, если несущая способность определена по ре- зультатам динамического зондирования грунта; γk = 1,25, если не- сущая способность определена по результатам статического зонди- рования грунта; γk = 1,2, если несущая способность определена по результатам статического опытного испытания. 115 Тип, вид, длина свай выбираются в зависимости от инженерно- геологических условий строительной площадки и наличия оборудо- ваний для их изготовления. Тип ростверка (низкий, высокий) и его размеры назначаются в зависимости от размеров конструкции над- земной части сооружения и передаваемых нагрузок от них. Реко- мендуется выполнять безростверковое опирание на сваи, совмещая колонны со сваями устройством в них стаканов или используя не- сущие панели и др. Число свай в фундаменте следует назначать из условия макси- мального использования прочностных свойств их материала при расчетной нагрузке на сваю с учетом допустимых перегрузок край- них свай в фундаменте: 01 / ,k dN N F  где γk – коэффициент надежности метода (см. задачу 26); Fd – несущая способность сваи; N01 – расчетная нагрузка на фундамент (куст, 1 м длины и др.). Сваи в кусте внецентренно нагруженного фундамента следует размещать таким образом, чтобы равнодействующая постоянных нагрузок, действующих на фундамент, проходила возможно ближе к центру тяжести плана свай. Расстояния между сваями должны назначаться с учетом сопря- жения их с надземными конструкциями, действующих нагрузок, технологических условий и конструктивных особенностей соору- жения, но не менее: – для свай заводского изготовления, защемленных в грунте, – 3d; – свай-стоек – 1,5d между осями (здесь d – диаметр, сторона квадратного или большая сторона прямоугольного поперечного се- чения сваи); – набивных свай, глубоких опор, устраиваемых без обсадной трубы – не менее 1000 мм в свету между стволами и не менее 700 мм в свету между уширениями ствола; – свай в полостях при наличии уширения только в верхней части и наклонных свай – от 100 до 200 мм в свету между верхними ого- ловками. 116 Максимальное расстояние между сваями, как правило, не долж- но превышать 60d. Конструирование ростверка начинают с размещения свай в пла- не (рисунок 28). Сваи размещают в виде: а) одиночных свай (под отдельно стоящие опоры); б) свайных кустов (под колонны); в) свайных лент (под стены зданий); г) сплошного свайного поля (под массивные сплошные плиты под все сооружение или его часть). Рисунок 28 – Пример свайного столбчатого ростверка (план) для центрально приложенной нагрузки с моментом в направлении вдоль оси y–y Под колонны сваи размещают правильными рядами или в шах- матном порядке. Характер размещения свай (рядовой или шахмат- ный) зависит от их количества. Для внецентренно нагруженных фундаментов возможны несколько случаев расположения свай: 1. Сваи размещаются симметрично относительно оси колонны, но число их увеличивается для восприятия момента. В этом случае сваи нагружены неравномерно. Больше всего нагружены сваи край- него ряда по направлению действия момента. 2. Сваи размещают равномерно, но центр подошвы ростверка смещают в направлении действия момента на среднюю величину эксцентриситета е. При этом все сваи нагружены равномерно и ко- эффициент  = 1. 117 3. Сваи размещают неравномерно, чтобы равнодействующая сил проходила через центр тяжести свайного поля. При этом все сваи нагружены равномерно и коэффициент  = 1. Размещение свай по схемам 2 и 3 допускается только при знако- постоянных моментах, мало изменяющихся по величине. Под стены зданий сваи размещают в один или несколько рядов, используя ленточные ростверки. При размещении свай в один ряд наличие их в углах здания обязательно, а в местах пересечения стен – желательно. После определения количества свай в кусте или шага в ленточном ростверке и порядка их размещения уточняют размеры ростверка и рассчитывают его фактический вес с грунтом на уступах. Размеры ростверка уточняются, исходя из следующих соображений: – расстояние между осями наиболее близко расположенных свай, защемленных в грунте; – расстояние от грани свай крайнего ряда до края ростверка – не менее 0,05 м для свай сечением не более 300 × 300 мм и 0,1 м для свай 400 × 400 мм и более; Конструирование ростверка завершается определением веса ро- стверка и грунта на его уступах. Вес ростверка p p ,f bN V   где f = 1,1 – коэффициент надежности по нагрузке; Vр – объем ростверка, м3; b = 24 кН/м3 – удельный вес железобетона. Вес грунта на уступах ростверка I ,g f gN V   где Vg – объем грунта на уступах ростверка, м3; I – средневзвешенное значение удельного веса грунта, кН/м3, расположенного выше ростверка (I = 17 кН/м3). 118 Расчетную нагрузку на сваю N, кН (тс), следует определять, рас- сматривая фундамент как рамную конструкцию, воспринима-ющую вертикальные и горизонтальные нагрузки и изгибающие моменты. Для фундаментов с вертикальными сваями расчетную нагрузку на сваю допускается определять по формуле 2 2 , yd x i i M xN M yN n y x     где Nd – расчетная сжимающая сила, кН (тc); Mx, My – расчетные изгибающие моменты, кНм (тcм), относи- тельно главных центральных осей х и у плана свай в плоскости по- дошвы ростверка; N – число свай в фундаменте; xi, yi – расстояния от главных осей до оси каждой сваи, м; х, у – расстояния от главных осей до оси сваи, для которой вы- числяется расчетная нагрузка, м. При действии момента только в одном направлении формула превращается в двухчленную. Условие задачи Подобрать необходимое количество свай для ростверка под ко- лону и для ленточного ростверка. Несущую способность принять по значениям, определенным при решении задач 26 и 27. Нагрузки на обрезе фундамента приведены в таблице 28. Таблица 28 – Исходные данные к задаче 28 № варианта Нагрузка на ростверк от колонны Нагрузка на ростверк от стены QI, кН/м NI, кН Mx, I, кН·м My, I, кН·м 1 4000 90 50 325 2 4050 100 55 350 3 4100 110 60 375 4 4150 120 65 400 5 4200 130 70 425 119 Окончание таблицы 28 № варианта Нагрузка на ростверк от колонны Нагрузка на ростверк от стены QI, кН/м NI, кН Mx, I, кН·м My, I, кН·м 6 4250 140 75 450 7 4300 150 80 475 8 4350 160 85 500 9 4400 170 90 525 10 4450 180 95 550 11 4500 190 50 575 12 4550 200 55 600 13 4600 210 60 625 14 4650 220 65 650 15 4700 230 70 675 16 4750 90 75 400 17 4850 100 80 425 18 4900 110 85 450 19 4950 120 90 475 20 5000 130 95 500 21 5050 140 50 525 22 5100 150 55 550 23 5150 160 60 575 24 5200 170 65 600 25 5250 180 70 625 26 5300 190 75 450 27 5350 200 80 475 28 5400 210 85 500 29 5450 220 90 525 30 5500 230 95 550 120 Занятие 15 Задача 29 Расчет осадки свайного фундамента Указания к решению задачи Свайный фундамент может достигнуть предельного состояния по условию деформируемости основания. Поэтому, чтобы обеспечить эксплуатационную надежность сооружения, необходимо произвести расчет свайного фундамента из свай, защемленных в грунте по деформациям при вертикальных нагрузках, согласно действующим нормам (СНБ 5.01.01–99) по второй группе предельных состояний. Этот расчет представляет собой сравнение расчетной величины осадки S с предельной SU для данного сооружения, устанавливаемой нормами проектирования оснований или расчетом: ,US S где S – совместная деформация сваи, свайного фундамента и сооруже- ния (осадка, перемещение, относительная разность осадок свай, свай- ных фундаментов и т. п.), определяемая расчетом согласно ТКП 45- 5.01-67–2007 и настоящими методическими указаними; SU – предельное значение совместной деформации основания сваи, свайного фундамента и сооружения, устанавливаемое проек- том или по указаниям норм (СНБ 5.01.01–99). Расчет осадок свайного фундамента из свай, защемленных в грунте, и его основания по деформациям, как правило, производится по ме- тоду условного массивного фундамента – по той же методике, что и для фундамента на естественном основании. Грунт в межсвайном про- странстве и примыканий к наружным граням крайних свай фундамен- та рассматривается как единый массив АБВГ (см. рисунок 29), имею- щий свои границы. Границы условного свайного фундамента определяются следу- ющим образом: – снизу – горизонтальной плоскостью АБ, проходящей через нижние концы свай и служащей подошвой условного фундамента; 121 – по бокам – вертикальными плоскостями АВ и БГ, отстоящими от наружных граней крайних рядов вертикальных свай на расстоя- нии h·tg(mt, II /4), но не более 2d в случаях, когда под нижними кон- цами свай залегают пылевато-глинистые грунты с показателем те- кучести IL > 0,6 (d – диаметр или сторона поперечного сечения сваи), а при наличии наклонных свай – проходящими через нижние концы этих свай; – сверху – поверхностью планировки грунта ВГ. Осредненное расчетное значение угла внутреннего трения грунта II, 0 , II , h i i mt i h h      где II, 1, II, 2, …, II, i – расчетные значения углов внутреннего трения грунтов соответствующих участков сваи h1, h2, …, hi. Таким образом, длина lу подошвы условного фундамента определяется по формуле lу = m + 2l0 tg(mt, II /4), где m – расстояние между внешними плоскостями свай, м; l0 – расчетная длина свай, м. Ширина подошвы условного фундамента by и расстояние от граней сваи до границ условного фундамента АБ и БГ определяются по формулам by = ab(mb – 1) + d + 2a, a = a´ = hmt tg(mt, II /4), где ab – расстояние между сваями, м; mb – количество рядов; d – диаметр или большая сторона сваи, м. 122 Рисунок 29 – Пример определения границ условного фундамента при расчете осадок свайных фундаментов при наличии свайных грунтов: а – для фундамента на однородном основании с вертикальными сваями; б – то же, с наклонными сваями; в – при наличии слабого слоя: 1 – слой грунта средней прочности; 2 – сильносжимаемый слой Собственный вес условного фундамента при определении его осадки включает вес свай, ростверка, вес грунта в объеме условного фундамента. Для условного фундамента, так же как и для плитного, следует проверять условия p  R, pmax  1,2R. Для центрально нагруженных фундаментов давление p под подошвой условного фундамента определяется с учетом веса условного фундамента: 0, II , II , II , II II y y .p s N N N N Np l b A     а б в 123 В случае внецентренного загружения фундамента 0, II , II , II , II 0 ,II0 ,II max y y ,p s yx x y N N N N MM p l b W W      где N0, II – нагрузка, приложенная на уровне обреза ростверка, кН; Np, II – вес ростверка, кН; Ns, II – вес свай, кН; Nγ, II – вес грунта в объеме выделенного условного фундамента, кН; M0, II – момент от расчетных нагрузок относительно оси, проходящей через центр тяжести подошвы ростверка, кН·м; Wy – момент сопротивления площади А = ly·by относительно оси, параллельной оси, принятой при подсчете момента My, II; Wx – тоже, принятой при подсчете момента Mx, II. Расчетное сопротивление основания условного свайного фундамента будет представлено в следующей форме:   1 2 y II y II II II1 , кПа.c c z q q b cR M k b M d M d M ck             Если при строительстве предусматриваются планировка терри- тории подсыпкой (намывом) высотой более 2 м и другая постоянная (долговременная) загрузка территории, эквивалентная подсыпке, а в пределах глубины погружения свай залегают слои торфа или ила толщиной более 30 см, то значение осадки свайного фундамента из висячих свай следует определять с учетом уменьшения габаритов условного фундамента, который в этом случае как при вертикаль- ных, так и при наклонных сваях принимается ограниченным по бокам вертикальными плоскостями, отстоящими от наружных граней крайних рядов вертикальных свай на расстоянии m = hmt·tg(mt, II /4), где hmt – расстояние от нижнего конца сваи до подошвы слоя торфа или ила толщиной более 30 см (см. рисунок 29, б). 124 Конечная осадка свайного фундамента, как правило, определяет- ся методом послойного суммирования (см. задачу 18). Расчет начи- нается с построения эпюр природного (бытового) и дополнительно- го давлений. На геологический разрез наносятся контуры сечения фундамента, затем от оси фундамента влево откладываются орди- наты эпюр. Природное давление 1 , n zg i i i h     где γi – удельный вес грунта i-го слоя, кН/м3; hi – толщина i-го слоя грунта, м. Величина бытового давления определяется на границе каждого слоя грунта. Если в пределах выделенной толщи залегает горизонт подземных вод, то удельный вес грунта определяется с учетом гид- ростатического взвешивания. Для построения эпюры дополнительного давления толщина грунта ниже подошвы фундамента в пределах глубины, приблизительно рав- ной трехкратной ширине фундамента 3b, разбивается на ряд слоев мощностью не более 0,4b (обычно 0,2b). Дополнительное вертикаль- ное давление непосредственно под подошвой фундамента определяет- ся как разность между средним давлением по оси фундамента и верти- кальным напряжением от собственного веса грунта на уровне подош- вы фундамента. Дополнительное вертикальное напряжение для любого сечения, расположенного на глубине z от подошвы фундамента, определяется по формуле σzp = α · p0, где  – коэффициент, принимаемый в зависимости от формы по- дошвы фундамента, соотношения сторон прямоугольного фунда- мента  = l/b (в данном случае  = 1) и относительной глубины   = z/b (здесь l и b – соответственно длина и ширина фундамента). Расчет осадки отдельного фундамента по теории линейно де- формируемого полупространства с условным ограничением вели- 125 чины сжимаемой толщи hc глубиной, где дополнительное давление σzp составляет от природного 0,2σzg или 0,1σzg (для слабых грунтов), производится по формуле , 1 , n zp i i i i h s E   где s – конечная осадка отдельного фундамента, см; n – число слоев, на которые разделена по глубине сжимаемая толща основания; hi – толщина i-го слоя грунта основания, см; Ei – модуль деформации грунта i-го слоя, кПа;  – безразмерный коэффициент, равный 0,8; σzp, i – среднее значение дополнительного вертикального нор- мального напряжения в i-ом слое грунта, равное полусумме напря- жений на верхней и нижней границах слоя, кПа. Условие задачи Определить осадку ленточного и кустового свайного фундамента. Расчет производить по данным задачи 28. Коэффициент надежности по нагрузке для приведенных значений нагрузок в задаче 28 принять f = 1,35…1,40. Задача 30 Определение несущей способности буроинъекционного анкера Указания к решению задачи В настоящее время применяются буроинъекционные анкеры (ри- сунок 30). Их проектирование производится по П18–2004 к СНБ 5.01.01–99. Анкер предварительно напряженный – устройство для обес- печения устойчивости и взаимной связи объекта (конструкции) с грунтом за счет напряженной растянутой тяги, закрепленной одним концом в голове устройства на сооружении, а другим – в заделке (корне) устройства внутри глубоких несущих слоев грунта. 126 Анкер состоит из трех основных частей: головы, свободной час- ти и заделки (корня). Анкер, в отличие от анкерной сваи, передает вырывающее усилие грунтовому основанию не по всей длине, а только через корень в виде касательных сил по его боковой поверх- ности и нормальных сжимающих напряжений по площади лобовой поверхности. Анкерование строительных объектов предназначено для обеспе- чения и повышения устойчивости конструкций в разнообразных геологических условиях, возведения заглубленных сооружений вблизи существующих зданий при стесненной застройке, подпор- ных стен, укреплений котлованов, реконструкции действующих объектов и испытаний фундаментов на вдавливание. 4 5 10 8 7 932 1 6 N l ts l ta l ak l as l Dd Рисунок 30 – Временный, с растянутым корнем, предварительно напряженный буроинъекционный анкер: 1 – голова анкера; 2 – упор; 3 – анкеруемая конструкция; 4 – стенка скважины; 5 – защитная оболочка; 6 – тяга; 7 – корень; 8 – лобовая поверхность; 9 – фиксатор; 10 – тампонажная обойма Последовательность конструирования и расчета анкерного крепления 1. Определить расход раствора и цемента на формирование ан- керного корня и тампонажной обоймы по свободной длине. По таблице 30.1, с учетом водопоглощения из раствора, находит- ся объем раствора, м3, который потребуется на формирование корня диаметром D, м, при его длине L, м, и на заливку остальной свобод- ной части скважины диаметром d, м3. 127 Таблица 30.1 – Определение расхода инъекционной смеси для формирования корня и свободной буроинъекционного анкера Диаметр анкерных корней D, м Объем 1 м корня, м3 Объем смеси, м3, на 1 м анкерного корня, закачиваемой через обсадные трубы при В/Ц и КN (последнее – см. значение в скобках) 0,40 (0,70) 0,45 (0,66) 0,50 (0,62) 0,55 (0,59) 0,60 (0,55) 0,089 0,006 0,009 0,010 0,010 0,011 0,011 0,114 0,010 0,015 0,016 0,017 0,018 0,019 0,15 0,018 0,025 0,027 0,029 0,030 0,032 0,20 0,031 0,045 0,048 0,051 0,053 0,057 0,25 0,049 0,070 0,074 0,079 0,083 0,089 0,30 0,071 0,101 0,107 0,114 0,120 0,129 0,35 0,096 0,137 0,146 0,155 0,163 0,175 0,40 0,126 0,180 0,190 0,203 0,213 0,229 0,50 0,196 0,280 0,297 0,316 0,332 0,356 2. Определить общий объем раствора, м3. По таблице 30.2 для найденного объема раствора определить требуемое количество цемента, кг, и воды, кг. Таблица 30.2 – Определение расхода цемента и воды на формиро- вание буроинъеционные анкера, м3 Компоненты материалов для изготовления раствора Расход материалов на 1 м3 раствора 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 Вода, л 482 520 554 582 608 630 650 кг 482 520 554 582 608 630 650 Портландцемент 400, л 518 480 446 418 392 370 350 кг 1606 1487 1384 1294 1216 1146 1084 Всего: л 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 кг 2088 2007 1938 1876 1824 1776 1734 В связи потерями раствора при его закачке рекомендуется уве- личивать общий расход цемента на величину кратную 25 кг. 3. Найти площадь боковой поверхности цилиндрического корня: Аб. к = πDlak, м2. 128 Определяется площадь лобовой кольцевой поверхности корня как разность площадей сечения корня и тампонажной обоймы (скважины): Аб. к = π(D2 – d2)/4, м2 и глубина расположения лобовой кольцевой поверхности корня: h = Y + (l – lak)sinλ, м 4. Определяется расчетное усилие на анкер на пределе сопротив- ляемости по грунту Fbh, кН, по формуле Fbh = 3,14Di·Lak, i·Rfp, i·cf, i + 0,785Rc, i(Di2 – d2)cR, i, где Di – диаметр заделки анкера в зоне нагнетания смеси, м; d – диаметр скважины, м; Rfp, i – контактное сопротивление сдвигу грунта на боковой по- верхности корня анкера, кПа; Rc, i – расчетное сопротивление грунта сжатию на лобовой по- верхности корня, кПа; Lak, i – длина цилиндрической части корня анкера, м; cR, i – коэффициенты условий работы грунта перед корнем или его уширениями, принимаемые равными cR, i = 1 (кроме случая уст- ройства корня или ствола сваи без опрессовки в глинистом грунте при показателе текучести IL  0,5, когда cR, i = 0,8) и при отсутствии динамических воздействий на грунт. cf, i – коэффициенты условий работы грунта на боковой поверх- ности анкерных корней, зависящие от способа определения значе- ний и принимаемые cf, i = 1 при отсутствии динамических воздейст- вий на грунт: если Rfp, i вычислено по эмпирическим зависимостям либо по таблицам из задачи 26; если Rfp, i определено согласно таб- личным данным, исходя из способа проходки скважин. 5. Определяется расчетное контактное сопротивление сдвигу вдоль поверхности инъекционного корня Rfp и расчетное сопротив- ление грунта на сжатие Rc по эмпирическим зависимостям или по табличным данным: – для песчаных и глинистых грунтов Беларуси могут определяться в соответствии с корреляционными зависимостями; 129 – для маловлажных песков средней крупности (при коэффициенте пористости грунта е = 0,6–0,85) Rfo = 113–123e, Rfp = 283–269e; – для маловлажных крупных песков (при е = 0,6–0,85) Rfo = 116–123e, Rfp = 291–269e; – для маловлажных гравелистых песков (при е = 0,6–0,85) Rfo = 82–84e, Rfp = 371–386e; – для пылеватых супесей твердой консистенции (при е = 0,5–0,8) Rfo = 105–123e, Rfp = 114–113e. Для пластичных пылеватых супесей значения, определенные по корреляционным зависимостям, следует уменьшить в 1,8 раза при по- казателе текучести IL от 0,25 до 0,5 и в 3,3 раза – при IL от 0,75 до 0,9; – для суглинков моренных (при е = 0,3–0,35, при влажности грунта w = 5–18 %) Rfo = 98–4,2e, Rfp = 126–3,6e. Далее следует определить расчетное сопротивление Rf, i (см. таб- лицы 30.3–30.4), коэффициенты cR и cf (по таблице 30.3) 130 Таблица 30.3 – Расчетное сопротивление Rf, i, кПа, для грунтов песчаных средней прочности и пылевато-глинистых Расстояние от расчетной поверхности грунта до сере- дины рассмат- риваемого слоя, м Грунты песчаные средней прочности гравели- стые круп- ные средней круп- ности мел- кие пыле- ватые – – – – – – пылевато-глинистые с показателем текучести IL 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 0,5 50,0 40,0 47,0 35,0 40,0 31,0 35,0 20,0 25,0 12,0 9 6 4 3 2 1 1,0 60,0 45,0 55,0 38,0 45,0 35,0 40,0 25,0 30,0 15,0 12 9 6 5 4 3 1,5 65,0 50,0 57,0 40,0 50,0 38,0 45,0 28,0 30,0 18,0 15 11 9 7 5 4 2,0 70,0 55,0 60,0 45,0 55,0 42,0 50,0 32,0 40,0 22,0 17 13 11 9 7 5 2,5 75,0 57,0 62,0 50,0 57,0 45,0 54,0 35,0 43,0 25,0 19 15 13 11 8 6 3,0 80,0 60,0 65,0 52,0 60,0 48,0 56,0 38,0 46,0 28,0 21 17 15 13 9 7 4,0 85,0 65,0 70,0 55,0 63,0 53,0 58,0 40,0 49,0 32,0 24 19 17 15 11 9 5,0 90,0 70,0 75,0 60,0 68,0 56,0 62,0 43,0 52,0 36,0 26 21 19 17 13 11 6,0 95,0 72,0 80,0 65,0 72,0 60,0 65,0 45,0 55,0 38,0 29 23 21 19 14 12 7,0 100,0 75,0 85,0 70,0 75,0 63,0 68,0 48,0 58,0 40,0 32 25 22 20 15 13 Примечание. Значения Rf, i, указанные в числителе, относятся к песчаным грун-там, в знаменателе – к глинистым. 131 Таблица 30.4 – Расчетное сопротивление Rf, i, кПа, для грунтов насыпных песчаных и пылевато-глинистых Расстояние от расчетной поверхности грунта до середины рассматриваемого слоя, м Грунты насыпные песчаные с коэффициентом уплотнения Кcom пылевато-глинистых с показателем текучести IL 0,92 0,95 0,98 0 0,2 0,4 0,6 0,8 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 18 24 27 30 32 33 35 38 39 40 28 32 35 38 40 42 43 46 49 52 38 44 49 55 58 61 63 67 71 73 36 40 44 46 50 55 58 60 63 65 25 28 31 34 36 38 41 45 48 50 9 12 14 17 20 22 25 28 30 32 4 7 9 10 12 14 15 17 19 20 2 4 5 7 9 11 12 13 15 16 Таблица 30.5 – Коэффициент условий работы грунта cf Сваи и способы их устройства Грунты пески супеси суглинки глины Винтонабивные 1,0 1,0 1,0 0,9 Устраиваемые сбросом бетона в сухие пробуренные шнеком скважины 0,9 0,8 0,8 0,8 Устраиваемые сбросом бетона в сухие пробитые скважины 1,0 0,9 0,9 0,8 Выполненные при заполнении скважин раствором без опрессовки 1,1 1,0 1,0 0,9 Выполненные при заполнении скважин раствором с опрессовкой давлением 0,2–0,5 МПа поэтапно через обтюратор 1,5 1,4 1,3 1,2 Изготовленные в скважинах под защитой обсадных труб или бентонитового раство- ра с однократной поэтапной опрессовкой давлением 0,2–0,5 МПа 1,4 1,3 1,2 1,1 Изготовленные в скважинах под защи- той обсадных труб или бентонитового раствора при повторной поэтапной опрессовке давлением более 0,5 МПа 2,0 1,5 1,4 1,3 6. Определить расчетное усилие на пределе сопротивляемости грунтового основания в соответствии с формулой в п. 3. 132 Для восприятия растягивающего усилия в анкерной тяге опреде- ляем класс и диаметр необходимого арматурного стержня. 7. Определить расчетное усилие допускаемое на анкер Fd с уче- том коэффициента надежности по грунту: Fd = Nmax/k, где k принимается равным 1,5 для постоянного анкера и 1,2 для временного. Условие задачи Определить несущую способность основания буроинъекционного анкера и допускаемую на него расчетную нагрузку. Длина анкера, длина корня, диаметры скважины и корня, угол на- клона анкера к горизонту, глубина расположения упорного пояса от планировки приведены в таблице 30.6. Скважина для анкера бурится под защитой обсадной трубы, через которую закачивается цемент- ный раствор с В/Ц, в зону формирования корня под избыточным дав- лением и посредством свободной заливки по свободной длине. Ин- женерно-геологические условия принять по данным задачи 25. Таблица 30.6 – Исходные данные к задаче 30 № вар иан та Дл ин а а нк ера L , м Ди ам етр ск важ ин ы d , см Дл ин а к ор ня l a k, м Ди ам етр ко рн я D , см Гл уб ин а р асп ол ож ени и уп ор но го по яса у, м Уг ол на кло на анк ера к гор изо нту λ, ° Во до цем ент но е отн ош ени е В /Ц 1 2 3 4 5 6 7 8 1 8 8,9 3,0 25,0 1,5 5 0,30 2 9 11,4 3,2 30,0 1,8 8 0,35 3 10 15,0 3,4 35,0 2,1 11 0,40 4 11 20,0 3,6 40,0 2,4 14 0,45 5 12 8,9 3,8 50,0 2,7 17 0,50 6 13 11,4 4,0 25,0 3,0 20 0,55 133 Окончание таблицы 30.6 1 2 3 4 5 6 7 8 7 14 15,0 3,0 30,0 1,5 23 0,60 8 15 20,0 3,2 35,0 1,8 5 0,30 9 8 8,9 3,4 40,0 2,1 8 0,35 10 9 11,4 3,6 50,0 2,4 11 0,40 11 10 15,0 3,8 25,0 2,7 14 0,45 12 11 20,0 4,0 30,0 3,0 17 0,50 13 12 8,9 3,0 35,0 1,5 20 0,55 14 13 11,4 3,2 40,0 1,8 23 0,60 15 14 15,0 3,4 50,0 2,1 5 0,30 16 15 20,0 3,6 25,0 2,4 8 0,35 17 8 8,9 3,8 30,0 2,7 11 0,40 18 9 11,4 4,0 35,0 3,0 14 0,45 19 10 15,0 3,0 40,0 1,5 17 0,50 20 11 20,0 3,2 50,0 1,8 20 0,55 21 12 8,9 3,4 25,0 2,1 23 0,60 22 13 11,4 3,6 30,0 2,4 5 0,30 23 14 15,0 3,8 35,0 2,7 8 0,35 24 15 20,0 4,0 40,0 3,0 11 0,40 25 8 8,9 3,0 50,0 1,5 14 0,45 26 9 11,4 3,2 25,0 1,8 17 0,50 37 10 15,0 3,4 30,0 2,1 20 0,55 28 11 20,0 3,6 35,0 2,4 23 0,60 29 12 8,9 3,8 40,0 2,7 5 0,30 30 13 11,4 4,0 50,0 3,0 8 0,35 134 Раздел IV ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОТЛОВАНОВ, ПОДПОРНЫХ СТЕН, ПОДЗЕМНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ, ОСНОВАНИЙ ФУНДАМЕНТОВ В СЛОЖНЫХ (СПЕЦИФИЧЕСКИХ) ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ Занятие 16 Задача 31 Расчет конструкций подземных трубопроводов, туннелей Указания к решению задачи Если жесткость сооружения не превышает жесткости окружающего его грунта насыпи, то нормальная и касательная составляющие норма- тивного давления в любой точке верхнего свода по теории предельно- го равновесия сыпучих тел выражаются формулами (см. рисунок 31.1): σ = γ0z(cos2α + ξа sin2α); τ = γ0z(1 – ξа)sinα·cosα, где γ0 –удельный вес вышележащих грунтов, кН/м3; z – глубина рассматриваемой точки от поверхности насыпи, м; α – угол, который составляет нормаль к поверхности сооруже- ния в рассматриваемой точке с вертикалью, °; ξа – коэффициент бокового давления грунта: ξа = tg2(45 – φ/2), где φ – угол внутреннею трения грунта, °. 135 Рисунок 31.1 – Расчетная схема определения нормальных и кассательных напряжений подземных трубопроводов Равнодействующая давлений на верхнюю половину сооружения равна весу вышележащего грунта и при круговом поперечном сече- нии составляет: 1 0 1 1 0,108 .B DQ HD H       Равнодействующая активных давлений на обе половины кругло- го трубопровода, т. е. сила, передающаяся на основание, определя- ется из формулы 1 0 1 1 2 . DR HD A A H       где Н – высота насыпи над верхом сооружения; D1 –наружный диаметр сооружения. Значения параметров А1 и А2 в зависимости от величины ξа при- ведены на графике рисунка 31.2. 136 Рисунок 31.2 – Значения параметров А1 и А2 Боковое давление определяется по формулам без учета концен- трации давлений и может быть представлено эпюрами, показанны- ми на рисунке 31.3, с ординатами: , I 0 ;b aq H   1 0 .b Dq H H        Рисунок 31.3 – Расчетная схема давления грунта на трубопровод 137 Для упрощения можно принять среднее боковое давление рав- номерным по выражению 0 1б.ср 3 .4 a H Dq H        Условие задачи Определить нормальную и касательную составляющую давлений в шести точках полуокружности водопроводной трубы, равнодейст- вующие на верхнюю и нижнюю части трубы, а также боковое дав- ления. Инженерно-геологические условия прокладки трубопровода принять по условию задачи 12 для скважины № 1. Грунтовые воды отсутствуют. Исходные данные приведены в таблице 31.1. Таблица 31.1 – Исходные данные к задаче 31 № вари- анта Глубина до верха трубы, м Диаметр трубы, см № вари- анта Глубина до верха трубы, м Диаметр трубы, см 1 2 3 1 2 3 1 1,7 142 16 1,8 72 2 1,8 122 17 1,9 63 3 1,9 112 18 2,0 53 4 2,0 102 19 2,1 142 5 2,1 92 20 2,2 122 6 2,2 82 21 2,3 112 7 2,3 72 22 2,4 102 8 2,4 63 23 2,5 92 9 2,5 53 24 2,6 82 10 2,6 142 25 2,7 72 11 2,7 122 26 2,8 63 12 2,8 112 27 2,9 53 13 2,9 102 28 3,0 142 14 3,0 92 29 3,1 122 15 1,7 82 30 3,2 112 138 Задача 32 Расчет водопритока в котлован и системы водоотведения Указания к решению задачи Водопонижение (искусственное понижение уровня подземных вод путем их откачки или отвода) применяется при разработке котлованов, возведении подземных сооружений, для постоянного снижения уровня подземных вод на территории промышленных предприятий, граждан- ских сооружений и сельскохозяйственных угодий и для защиты их от подтопления при подъеме уровня подземных вод. Проектирование дренажей и систем водопонижения производится по СНБ 5.01.01–99 (раздел 6), П8 к СНБ 5.01.01–99 и СНиП 2.06.15–85. Для понижения уровня грунтовых вод в строительстве исполь- зуют вертикальный дренаж в виде системы водопонизительных скважин (рисунок 32) либо иглофильтровых установок. S3 SН z So S3 S2 S1 h t R b1<2R R d=2rс Рисунок 32 – Расчетная схема понижения уровня грунтовых вод: S0 – расстояние от дневной поверхности до уровня грунтовых вод, м; S1 – величина понижения уровня грунтовых вод в центре котлована, м; S2 – величина понижения уровня грунтовых вод в водопонизительной скважине либо иглофильтре по отношению к верхней точке кривой депрессии (S2 равняется 0,5 м и 1,0 м для песчаного и глинистого грунта соответственно); S3 – длина фильтрующей части (S3 = 0,3–1,0 м); d – диаметр фильтра, принимаемый в зависимости от диаметра обсадной трубы в буровой водопонизительной скважине либо диаметр иглофильтра (d = 2Rс), м; h – глубина котлована от поверхности, м; H – расстояние от уровня грунтовых вод до низа водопонизительного оборудования, м; R – радиус воронки кривой депрессии (радиус действия), м; t – расстояние от дна котлована до пониженного уровня грунтовых вод (tmin = 0,5–0,7 м); z – повышение оси водоприемного коллектора над уровнем грунтовых вод; F – площадь, оконтуренная водопонизительными устройствами (F = L×B), м2 139 Иглофильтровые установка представляет собой комплект обору- дования, состоящий из фильтров, надфильтровых трубок и элемен- тов всасывающих коммуикаций (насосный агрегат, всасывающий рукав, звенья коллектора, гибкие соединения игло-фильтров, мано- метры и т. д.). Основной характеристикой в расчете водопонижения является ве- личина коэффициента фильтрации. Последовательность расчета водопонижения: – определяется величина понижения уровня грунтовых вод в цен- тре котлована: 1 0 , м;S h t S   – находится общая длина водопонизительной скважины: 1 2 3 , ;l S S S z H z м      – по приближенной формуле Зихардта определяется захват- ная способность одной скважины (величина Kф в м/с) ф 3 3 , м /час;15 K q dS  – находится приведенный радиус водопонизительной системы, м, принимаемый для контурных водопонизительных систем с соот- ношением ее сторон менее 5:1, равным ;Fr   – при отсутствии данных об источниках и условиях питания во- доносных горизонтов величину радиуса депрессии при безнапорной фильтрации допускается определять расчетом по формуле: 2 ;R r S kH  140 – определяется общий расход по формуле  1 1 ф 31,37 2 , м /сут; lg lg c H S S K Q R r   – определяется количество водопонизительных скважин: , шт.;Qn q  – определяется шаг водопонизительных скважин: .PL n  Понижение уровней подземных вод в точках, внешних по отно- шению к контуру дренажа, рекомендуется определять по формуле 2 ln .Q RS H H k x     Условие задачи Определить глубину заложения водопонизительных скважин и приток к нему при размерах контура А×В м, требуемом понижении уровня подземных вод в центре осушаемой площадки S0, м, и коэф- фициенте фильтрации, определенном в решении задаче 6. Мощ- ность водоносного слоя определить по инженерно-геологическому разрезу. Радиус дрены по наружному слою обсыпки принять рав- ным 0,5 м. Определить понижение уровня грунтовых вод на рас- стоянии В/2 м от оси дренажа по его периметру (см. таблицу 32). 141 Таблица 32 – Исходные данные к задаче 32 № варианта L, м В, м S0 d, м h, м № варианта L, м В, м S0 d, м h, м 1 25 15 3,0 0,075 2,7 16 100 30 4,0 0,125 3,8 2 30 20 3,2 0,125 3,0 17 105 35 4,2 0,132 4,0 3 35 25 3,4 0,132 3,2 18 110 40 4,4 0,158 4,2 4 40 30 3,6 0,158 3,5 19 115 15 4,6 0,219 4,5 5 45 35 3,8 0,219 3,5 20 120 20 4,8 0,250 4,7 6 50 40 4,0 0,250 3,8 21 125 25 5,0 0,325 4,7 7 55 15 4,2 0,325 4,0 22 130 30 3,2 0,075 3,0 8 60 20 4,4 0,075 4,2 23 135 35 3,4 0,125 3,2 9 65 25 4,6 0,125 4,5 24 140 40 3,6 0,132 3,5 10 70 30 4,8 0,132 4,7 25 145 15 3,8 0,158 3,5 11 75 35 5,0 0,158 4,7 26 150 20 4,0 0,219 3,8 12 80 40 3,2 0,219 3,0 27 155 25 4,2 0,250 4,0 13 85 15 3,4 0,250 3,2 28 160 30 4,4 0,325 4,2 14 90 20 3,6 0,325 3,5 29 165 35 4,6 0,219 4,5 15 95 25 3,8 0,075 3,5 30 170 40 4,8 0,250 4,7 Занятие 17 Задача 33 Расчет пропускной способности кольцевого дренажа Указания к решению задачи В зависимости от расположения дренажа по отношению к водо- упору дренажи могут быть совершенного или несовершенного типа. Дренаж совершенного типа закладывается на водоупоре. Грун- товые воды поступают в дренаж сверху и по бокам. В соответствии с этими условиями дренаж совершенного типа должен иметь дре- нирующую обсыпку сверху и по бокам. Дренаж несовершенного типа закладывается выше водоупора. Грунтовые воды поступают в дренажи со всех сторон, поэтому дре- нирующая обсыпка должна выполнятся замкнутой со всех сторон. Система дренажа выбирается в зависимости от характера защи- щаемого объекта и гидрогеологических условий. 142 К местным дренажам, обеспечивающим общее понижение уров- ня грунтовых вод, относятся: – кольцевой; – пристенный; – пластовый. Местные «профилактические» дренажи нужно устраивать также при отсутствии наблюдаемых подземных вод для защиты подземных сооружений, располагаемых в глинистых и суглинистых грунтах. У местных дренажей радиус депрессионной кривой захватывает значительную площадь территории. Местные дренажи необходимо устраивать для подземных сооружений, закладываемых на участ- ках, где водоносный пласт не полностью осушается общей систе- мой дренажа, а также в местах возможного появления верховодки. Трубчатые дрены рекомендуется подбирать по таблице 33, в ко- торой приведены значения Q , л/с, и v , м/с, для керамических, асбе- стоцементных, бетонных и железобетонных труб. Глубина заложения дренажей должна быть не меньше глубины промерзания грунта,определяется гидравлическим расчетом и за- глублением защищаемых зданий и сооружений. Продольные уклоны дренажа рекомендуется принимать не менее 0,002 для глинистых грунтов и 0,003 для песчаных грунтов. Наибольшие уклоны дренажей следует определять, исходя из мак- симально допустимой скорости течения воды в трубах – 1,0 м/сек. Смотровые колодцы следует устанавливать в местах поворотов трассы и изменения уклонов, на перепадах, а также между этими точками при больших расстояниях. На прямых участках дренажа нормальное расстояние между смотровыми колодцами – 40 м. Наибольшее расстояние между смотровыми колодцами дренажа – 50 м. Таблица 33 – Расход и скорость движения воды в трубах Диаметр условного прохода, мм Уклон, % Значения Q, л/с и υ, м/с, при стемени заполнения трубопровода 0,4 0,5 0,6 0,8 1,0 Q υ Q υ Q υ Q υ Q υ 150 0,5 3,69 0,56 5,39 0,61 7,19 0,65 10,3 0,69 10,5 0,58 0,6 3,75 0,57 5,56 0,63 7,46 0,67 10,9 0,72 11,1 0,61 0,8 4,32 0,65 6,41 0,72 8,61 0,78 12,5 0,83 12,8 0,72 1,0 4,83 0,73 7,17 0,81 9,63 0,87 14,0 0,92 14,3 0,81 143 Окончание таблицы 33 Диаметр условного прохода, мм Уклон, % Значения Q, л/с и υ, м/с, при стемени заполнения трубопровода 0,4 0,5 0,6 0,8 1,0 Q υ Q υ Q υ Q υ Q υ 200 0,4 6,56 0,56 9,73 0,62 13,10 0,66 19,0 0,71 19,5 0,62 0,6 8,04 0,69 11,90 0,76 16,00 0,81 23,3 0,87 23,9 0,76 0,8 9,28 0,79 13,80 0,88 18,50 0,94 26,9 1,00 27,5 0,88 1,0 10,40 0,88 15,40 0,98 20,70 1,05 30,1 1,12 30,8 0,98 250 0,3 10,30 0,56 15,30 0,62 20,50 0,67 29,9 0,71 30,6 0,62 0,6 14,60 0,80 21,60 0,88 29,00 0,94 42,3 1,00 43,2 0,88 0,8 16,80 0,92 25,00 1,02 33,50 1,09 48,8 1,16 49,9 1,02 1,0 18,80 1,03 27,90 14,14 37,50 1,22 54,5 1,30 55,8 1,14 300 0,3 16,80 0,64 24,90 0,70 33,40 0,76 48,6 0,80 49,8 0,70 0,6 23,70 0,90 35,20 1,00 47,30 1,07 68,8 1,14 70,4 1,00 0,8 27,40 1,04 40,60 1,15 54,50 1,23 79,4 1,31 81,2 1,15 1,0 30,60 1,16 45,40 1,29 61,00 1,38 88,8 1,47 90,8 1,29 На поворотах дренажа у выступов зданий и у камер на каналах устройство смотровых колодцев не обязательно, при условии, что расстояние от поворота до ближайшего смотрового колодца не бо- лее 20 м. В случае, когда на участке между смотровыми колодцами дренаж делает несколько поворотов, смотровые колодцы устанав- ливают через один поворот. Условие задачи Запроектировать кольцевой дренаж вокруг участка осушения по результатам выполенных расчетов для задачи 25: подобрать дре- нажные трубы, установить дренажные колодцы, выполнить про- филь дренажа. Отметки планировки принять по условию задачи 12. Пример профиля дренажа приведен на рисунке 33. Ри сун ок 33 – Пр им ер пр оф ил я д рен аж а 144 145 Задача 34 Расчет подпорных стен Указания к решению задачи Подпорная стена (ПС) – сооружение, предназначенное для удержания от обрушения грунтового массива, находящегося за ним (рисунок 34.1). Рисунок 34.1 – Примеры конструкций подпорных стен: а – монолитной массивной (гравитационной); б – тонкостенной уголковой (консольной); в – гибкой консольной (безанкерной шпунтовой); г – то же, с анкерами; 1 – подпорная стена; 2 – пята анкера; 3 – засыпка траншеи; 4 – инъекционный ан- кер; 5 – анкерный блок траншейного анкера По конструктивному исполнению ПС подразделяются на мас- сивные, устойчивость которых обеспечивается собственным весом (рисунок 34.1, а), и тонкостенные, устойчивость которых обеспе- чивается собственным весом и весом грунта, вовлеченного в совме- стную работу (рисунок 34.1, б) или защемлением ее нижней части в основание (рисунок 34.1, в) и анкерным креплением верхней части ПС (рисунок 34.1, г). К ограждающим подпорным стенам следует также относить стены подвалов, заглубленных частей зданий и под- земных сооружений. Давление грунта на подпорные стены и устойчивость их основа- ний оцениваются в практике проектирования, как правило, с помо- щью приближенных методов теории предельного равновесия, ис- пользующих допущения, введенные Ш. Кулоном, о прямоугольном очертании границы поверхности выпора грунта (призмы обруше- ния) или круглоцилиндрической поверхности скольжения. а б в г 146 Определение давлений на подпорную стену Для активного давления ,ha aq     ,nha aq H       / 2,nha ha haE H       1 1 2 2 1 2/ ,a a S a S S S   1 ,2 Ha  1 ,haS H  , 3h Ha   2 1 ;2 nha haS H    при c = 0, φ ≠ 0, q ≠ 0 ,hp pq     ,nhp pq h     где а – расстояние до центра тяжести эпюры; Еha – горизонтальная проекция равнодействующей активного давления; Еhр – горизонтальная проекция равнодействующей пассивного давления. Остальные обозначения – см. расчетную схему на рисунке 34.2. Для пассивного давления при c ≠ 0, φ ≠ 0, q ≠ 0: 147 ;hp p pq ck      .nhp p pq h ck      Рисунок 34.2 – Расчетная схема давлений на подпорную стену Расчет массивных ПС на сдвиг по подошве При расчете на сдвиг по подошве рекомендуется принимать ха- рактеристики грунта не выше φ ≤ 30°, с ≤ 5 кПа, коэффициенты λp = 1, kp = 0. 1. Плоский сдвиг по подошве ПС (рисунок 34.3): уд сд ,hpst ha F Т S E k F E    где S = bc; T = Gtgφ; φ – значение принять по таблице 34.1. 148 Таблица 34.1 – Значения φ Грунт IL φ, ° Песок (Sr ≤ 0,5) – 0,55 Песок (0,5 ≤ Sr ≤ 0,8) – 0,45 Супесь < 0,25 ≥ 0,25 0,50 0,35 Суглинок < 0,25 ≥ 0,25 0,45 0,25 Глина < 0,25 ≥ 0,25 0,30 0,20 Рисунок 34.3 – Расчетная схема давлений при плоском сдвиге 2. Метод глубинного сдвига по ломанной поверхности скольже- ния(см. рисунок 34.4):  уд сд tg ,i hpst ha F N S E k F E     где N = Gст + Gгр; здесь Gгр – вес грунта в пределах призмы сколь- жения (АВС – при β1, АВD – при β2); 149 Еhр – горизонтальная составлющая равнодействующей пассивно- го давления на глубину распространения призмы скольжения (OС или OD); 1 2, ;2 2      45 . 2    Рисунок 34.4 – Расчетная схема давлений при глубинном сдвиге по ломанной поверхности скальжения 3. Метод глубинного сдвига (по круглоцилиндрической поверх- ности скольжения) I, 1уд сд , tg 1,2, , i i i st i h i R N R c lM k M N a F d       где R – радиус поверхности скольжения, м; с – расчетное сцепление; Li – участок проекции поверхности скольжения; Муд, Мсд – моменты всех сил удерживающих и сдвигающих ПС относительно центра вращения О1 … i; 150 Gi – вес блока, прикладываемый к центру его основания, ограни- ченного участком линии скольжения LI. Остальные обозначения – см. на расчетной схеме на рисунке 34.5. Рисунок 34.5 – Расчетная схема давлений при глубинном сдвиге по круглоцилиндрической поверхности скольжения: 1–7 – номера блоков, на которые разбивается принятая поверхность скольжения Расчет гибкой консольной (шпунтовой) стены по способу упругой линии (метод Блюма–Ломейсера) Расчетная схема гибкой консольной (шпунтовой) стены по спо- собу упругой линии приведена на рисунке 34.6. Ри сун ок 34 .6 – Ра сче т г иб кой ко нсо льн ой (ш пу нто вой ) с тен ы по сп осо бу уп ру гой ли ни и: а – сх ем а г иб кой по дп орн ой (ш пу нто вы е) сте ны ; б – эп юр ы а кти вн ого и пас сив но го дав лен ия гру нта ; в – рез ул ьти рую ща я эпю ра; г – за ме на дав лен ия сос ред ото чен ны ми си лам и; д – эп юр а и зги баю щи х м ом ент ов в ш пу нто вой ст ене 151 152 Условия задачи 1. Для массивной (гравитационной) подпорной стены по рисун- ку 34.1, а определить величину активного и пассивного давления и проверить ее основание: на плоский сдвиг по подошве ПС; глубин- ный сдвиг по ломаной или круглоцилиндрической поверхности скольжения. Геометрические размеры подпорной стены даны в таблице 34.2. Инженерно-геологические данные принять по таблице 11.2. Грунт засыпки за подпорной стеной – переотложенный (насыпной) при- родный грунт. 2. По условию задания 1 выполнить расчет гибкой подпорной стены по рисунку 34.1, в. Таблица 34.2 – Исходные данные для расчета ПС к задаче 34 № варианта Характеристики массивной ПС по заданию 1 (обозначения см. по таблице 34.1 и 34.2) Характеристики гибкой ПС по заданию 2 (обозначения см. по рисунку 34.2 и таблице 34.1) b, мм В, мм h, мм Н, мм q, кН/м2 Диаметр шпунта d, мм to, м Н, м q, кН/м2 1 600 800 800 3000 10 300 5,0 6,0 15 2 800 1000 800 3500 4,0 7,0 3 800 1200 1000 5000 6,0 7,8 4 700 1000 1200 4000 8,0 10,0 5 800 1200 1000 5500 6,5 9,0 6 700 1100 900 4500 5,8 8,0 7 1000 1500 1200 6000 20 600 9,0 10,0 20 8 900 1400 800 5300 8,0 8,0 9 1000 1800 1500 6500 8,5 11,0 10 1200 2000 1500 8000 10, 10,0 11 1100 2200 1600 8700 11,0 12,0 12 900 1600 1000 7500 14,0 15,0 153 ПРИЛОЖЕНИЯ Приложение 1 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ К ЗАДАЧЕ 25 (ИНЖЕНЕРНО- ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СЛОЕВ) № ИГЭ Тип грунта Характеристики грунтов по результатам лабораторных испытаний Уд ель ны й в ес γ N, кН /м3 Уд ель ны й в ес час тиц γ s, кН /м3 Влажности, % Мо ду ль деф ор ма ци и Е, МП а пр ир од ная w на гра ни це пл аст ич но сти (те куч ест и) w L , % на гра ни це тек уч ест и w P, % Техногенные образования 1 Насыпной грунт песчаный 17,9 26,6 16 – – – 2 Насыпной грунт глинистый 20,2 27,2 15 – – – Конечно-моренные отложения 3 Песок пылеватый средней прочности 18,3 10,3 26,5 12 – – 17 12 4 Песок пылеватый прочный 18, 4 10,1 26,7 14 – – 29 22 5 Песок мелкий средней прочности 18, 4 9,8 26,6 15 – – 17 12 6 Песок мелкий прочный 18, 4 10,3 26,6 12 – – 29 22 7 Песок средний малопрочный 17,0 9,8 26,5 17 – – 12 8 Песок средний средней прочности 17,9 10,7 26,6 14 – – 25 20 9 Песок средний средней прочности 18,1 10,2 26,7 14 – – 29 22 10 Песок крупный гравелистый малопрочный 17,8 10,6 26,7 18 – – 12 154 Окончание приложения 1 № ИГЭ Тип грунта Характеристики грунтов по результатам лабораторных испытаний Уд ель ны й в ес γ N, кН /м3 Уд ель ны й в ес час тиц γ s, кН /м3 Влажности, % Мо ду ль деф ор ма ци и Е, МП а пр ир од ная w на гра ни це пл аст ич но сти (те куч ест и) w L , % на гра ни це тек уч ест иw P, % 11 Песок крупный гравелистый средней прочности 18,1 10,1 26,6 14,0 – – 25 20 12 Песок крупный гравелистый средней прочности 18,5 10,3 26,7 13,0 – – 29 22 13 Суглинок пылеватый слабый 20,5 26,9 25,2 35,2 19,2 4,5  14 Суглинок пылеватый средней прочности 20,2 27,0 22,8 31,0 18,1 17 15 Суглинок пылеватый прочный 20,4 27,2 20,0 26,7 16,8 21 16 16 Суглинок пылеватый очень прочный 20,6 27,2 22,9 28,0 16,8 27 20 17 Супесь слабая 21,4 26,8 12,2 17,4 10,9 6 18 Супесь средней прочности 21,6 26,8 13,4 19,0 11,5 13 19 Супесь прочная 21,9 27,0 13,3 18,0 11,2 19 15 20 Супесь очень прочная 21,9 27,1 13,6 18,4 11,4 3225 Примечания. 1. Для песков над чертой приведен удельный вес маловлажных грунтов, под чертой – во- донасыщенных, с учетом взвешивающего действия воды. 2. Модуль деформации над чертой приведен для интервала давлений 0,15–0,30 МПа, под чертой – 0,15–0,50 МПа. 155 Приложение 2 ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ КОЛОНКА СТРОИТЕЛЬНОЙ ПЛОЩАДКИ С ГРАФИКАМИ СТАТИЧЕСКОГО И ДИНАМИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ К УСЛОВИЮ ЗАДАЧИ 25 Рисунок П2.1 – Точка зондирования № 1 156 Рисунок П2.2 – Точка зондирования № 2 157 Рисунок П2.3 – Точка зондирования № 3 158 Рисунок П2.4 – Точка зондирования № 4 159 Рисунок П2.5 – Точка зондирования № 5 160 Рисунок П2.6 – Точка зондирования № 6 161 Рисунок П2.7 – Точка зондирования № 7 162 Рисунок П2.8 – Точка зондирования № 8 163 Рисунок П2.9 – Точка зондирования № 9 164 Рисунок П2.10 – Точка зондирования № 10 165 Рисунок П2.11 – Точка зондирования № 11 166 Рисунок П2.12 – Точка зондирования № 12 167 Рисунок П2.13 – Точка зондирования № 13 168 Рисунок П2.14 – Точка зондирования № 14 169 Рисунок П2.15 – Точка зондирования № 15 170 Рисунок П2.16 – Точка зондирования № 16 171 Рисунок П2.17 – Точка зондирования № 17 172 Рисунок П2.18 – Точка зондирования № 18 173 Рисунок П2.19 – Точка зондирования № 19 174 Рисунок П2.20 – Точка зондирования № 20 175 Рисунок П2.21 – Точка зондирования № 21 176 Рисунок П2.22 – Точка зондирования № 22 177 Рисунок П2.23 – Точка зондирования № 23 178 Рисунок П2.24 – Точка зондирования № 24 179 Рисунок П2.25 – Точка зондирования № 25 180 Рисунок П2.26 – Точка зондирования № 26 181 Рисунок П2.27 – Точка зондирования № 27 182 Рисунок П2.28 – Точка зондирования № 28 183 Рисунок П2.29 – Точка зондирования № 29 184 Рисунок П2.30 – Точка зондирования № 30