Определение недостающих показателей физико-механических свойств инженерно-геологических элементов

ОЦЕКА ХАРАКТЕРА НАГРУЗОК И КОНСТРУКТИВНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ ЗДАНИЯ

Задачей курсового проекта является разработка наиболее экономичного варианта оснований и фундаментов здания «Экспериментальный цех», план и разрез каторого представлены на рис. 1. Расчётные усилия на обрезах фундаментов от расчетных нагрузок в двух наиболее невыгодных сочетаниях, полученные в результате статического расчета, приведены в табл. 1.

Рис. 1 Разрез и план здания «Экспериментальный цех»

Таблица 1

Условие на обрезах фундамента от расчетных нагрузок в наиболее невыгодных сочетаниях

На основе оценки расчетных усилий на обрезах фундаментов здания «Экспериментальный цех» (см. рис. 1) можно сделать следующий вывод:

1. Наиболее нагруженным по силе N_max является фундамент №6, для которого N_II=336 т, M_II=0 т×м, Q_II=0 т (II сочетание).

2. Фундаменты № 1, 2, 5, 6 являются центрально нагружены.

3. Фундамент № 3, 4 является внецентренно загруженными.

Анализ конструктивных особенностей здания «экспериментальный цех» позволяет установить:

1. Здание 3-этажное в осях (А-В; 1-4) с отметкой верха +15.000, 7-этажное в осях (А-В; 4-6) с отметкой верха +30.000, 1-этажное в осях (А-Е; 6-9) с отметкой верха +15.000.

2. Здание с неполным каркасом в осях (А-В; 1-4) с несущими наружными стенами, здание каркасное в осях (А-В; 4-6) с навесными стенами, здание каркасное в осях (А-Е; 6-9) с навесными стенами.

3. Имеется техническое подполье в осях (А-В; 1-4) и в осях (Б-В; 4-6) запроектированных с отметкой пола -2.200.

Расчет выбранных вариантов производится для наиболее загруженного фундамента №6, для которого NII=336 т, MII=0 т×м, QII=0 т (II сочетание).

Конструктивный расчет выбранных фундаментов производится по двум группам предельных состояний:

· Расчет по I группе предельных состояний (по несущей способности) производиться в соответствии с СНиП [1]

· Расчет по II группе предельных состояний (по деформациям) производиться в полном объеме в соответствии с требованиями

СНиП [1]

На основании анализа конструктивных особенностей здания, его назначения и значения расчетных усилий, приведены на рис. 1 и табл. 1, а также прил. 4 СНиП [1] можно сделать следующие выводы:

1) Здание обладает чувствительностью к возможным неравномерным осадкам;

2) Здание «Химический корпус» относиться к зданиям конечной жесткости.

Неравномерные деформации будут учтены при расчете фундаментов ми II группе предельных состояний.

ОЦЕНКА ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ СТРОИТЕЛЬНОЙ ПЛОЩАДКИ И РАЗМЕЩЕНИЕ ПРОЕКТИРУЕМОГО СООРУЖЕНИЯ.

Инженерно-геологические условия площадки

Площадка строительства здания «Экспериментальный цех» находится в г. Томск; его инженерно-геологические условия установлены бурением 5-ти скважин на глубину от 17 м СКВ.№1 до 19,8 м СКВ.№3 (см.рис.2). План размещения скважин на местности, выбрано по [3] в соответствии с индивидуальным заданием, приведен на рис. 2. Инженерно-геологические разрезы, построенные по данным бурения, изображены на рис. 2. Без учета почвенно-растительного слоя вскрыты

Рис. 2. Площадка строительства следующие напластования инженерно-

«Экспериментальный цех» -геологических элементов (ИГЭ):

1. ИГЭ-1 (72): Песок мелкий серый с прослоями суглинка от 3,5 м

(СКВ. 1) до 7,8 м (СКВ. 3)

2. ИГЭ-2 (26): Суглинок коричневый от 2,3 м (СКВ 3) до 8,3 м (СКВ 4)

3. ИГЭ-3 (16): Глина темно-коричневая местами с гнездами песка от

0,6 м (СКВ 2) до 3,6 м (СКВ 1)

4. ИГЭ-4 (78): Песок мелкий серый с прослоями суглинка от 3,5 м

(СКВ. 2) до 4,1 м (СКВ. 4)

5. ИГЭ-3 (16): Глина темно-коричневая местами с гнездами песка от

3,8 м (СКВ 4) до 4,5 м (СКВ 1)

Уровень грунтовых вод отмечен на глубине 1,1м (СКВ 1), 3,3м (СКВ 2) 4м (СКВ 3) 4,7м (СКВ 4) 3,3м (СКВ 5) считая от отметки устья скважины. За планировочную отметку строительной площадки принимаем отметку DL=140,1 м.

Расчетные характеристики физико-механических свойств ИГЭ, принятых по табл. 1 [3], приведены в табл. 2.

Рис. 3. Площадь строительства здания «Экспериментальный цех» и инженерно-геологические условия площадки

(место строительства г. Томск)

Определение недостающих показателей физико-механических свойств инженерно-геологических элементов

Недостающие показатели физико-механических свойств инженерно-геологических элементов (см. рис. 2) определяем расчетным путем по следующим формулам:

ИГЭ-1 (72): Песок мелкий серый с прослоями суглинка:

а) плотность сухого грунта (скелет грунта):

б) коэффициент пористости:
;

в) степень влажности:
;

г) Коэффициент относительной сжимаемости:
, где β принимаем по пескам β=0,76[3];

д) удельный вес грунта:
;

е) удельный вес твердых частиц:
;

ж) удельный вес сухого грунта:
;

и) удельный вес грунта с учетом взвешенного действия воды:
;

где γ_w=10 кН/м³ и ρ_w=1 г/см³ – удельный вес и плотность воды.

ИГЭ-2 (26): Суглинок коричневый:

а) плотность сухого грунта (скелет грунта):

б) коэффициент пористости:
;

в) степень влажности:
;

г) Коэффициент относительной сжимаемости:
, где β принимаем по пескам β=0,76[3];

д) удельный вес грунта:
;

е) удельный вес твердых частиц:
;

ж) удельный вес сухого грунта:
;

Характеристики консистенции суглинков:

и) число пластичности:
;

к) показатель консистенции (текучести):
.

ИГЭ-3 (16): Глина темно-коричневая местами с гнездами песка:

а) плотность сухого грунта (скелет грунта):

б) коэффициент пористости:
;

в) степень влажности:
;

г) коэффициент относительной сжимаемости:
, где β принимаем равным β=0,43[3];

д) удельный вес грунта:
;

е) удельный вес твердых частиц:
;

ж) удельный вес сухого грунта:
;

Характеристики консистенции глины:

и) число пластичности:
;

к) показатель консистенции (текучести):
.

ИГЭ-4 (78): Песок мелкий серый с прослоями суглинка:

а) плотность сухого грунта (скелет грунта):

б) коэффициент пористости:
;

в) степень влажности:
;

г) коэффициент относительной сжимаемости:
, где β принимаем равным β=0,76[3];

д) удельный вес грунта:
;

е) удельный вес твердых частиц:
;

ж) удельный вес сухого грунта:
;

з) удельный вес грунта с учетом взвешенного действия воды:
;

где γ_w=10 кН/м³ и ρ_w=1 г/см³ – удельный вес и плотность воды.

ИГЭ-5 (16): Глина темно-коричневая местами с гнездами песка:

а) плотность сухого грунта (скелет грунта):

б) коэффициент пористости:
;

в) степень влажности:
;

г) коэффициент относительной сжимаемости:
, где β принимаем равным β=0,43[3];

д) удельный вес грунта:
;

е) удельный вес твердых частиц:
;

ж) удельный вес сухого грунта:
;

Характеристики консистенции глины:

и) число пластичности:
;

к) показатель консистенции (текучести):
.

2.3. Размещение сооружения на местности и определение расчетного сопротивления грунтов основания для фундамента шириной b=1м

В курсовом проекте при выборе размещения здания будем руководиться тем, чтобы инженерно-геологические условия площадки строительства здания «Экспериментальный цех» были определены бурением не менее чем двух скважин. Разместить здание «Экспериментальный цех» так, как это показано на рис.3.

Мысленно делаем разрез между СКВ. 2 и СКВ. 1, по рис. 2 определяем мощность каждого вскрытого ИГЭ до максимальной глубины бурения. На основание этих измерений вычерчиваем схему, изображенную на рис. 4.

Далее производим определение расчетного сопротивления грунтов R основания по II группе предельных состояний для фундаментов шириной b=1 м и переменой глубине заложения di (см. рис. 4), фундамент дважды заглублен в каждый инженерно-геологический элемент:

Рис. 4. Расположение здания на строительной площадке.

Расчет сопротивления определяется для каждого ИГЭ для ширины фундамента b=1м, и переменной глубины заложения подошвы фундамента di. Расчетное сопротивление R определяются по формуле 7 СниП 2-02.01-23.

Примечание:

1. Определение расчетного сопротивления R, проводится на этой стадии для здания без учета подвала, п.э. в формуле R, член формулы, учитывающий подвал в расчет не принимается.

2. В каждый ИГЭ фундамент заглубляется дважды.

А) Первый раз на глубину d1=1м от поверхности ИГЭ – 1.

Б) Второй раз на глубину d2=h1-1м (т.е. не доходя до нижней границе на 1м).

3. Если толщина ИГЭ 1,5-2м то фундамент заглубляется один раз на один метр.

4. Если на поверхности залегает насыпной слой, то он прорезается фундаментами и используется ИГЭ – 2.

5. В скальные грунты фундамент не заглубляется т.к. расчетное сопротивление R для скальных грунтов уже приведено в исходных данных (сопротивление одноосному сжатию).

Рис. 5. Схема заглубления условного фундамента при определении R.

.

Расчетное сопротивление каждого ИГЭ на каждой глубине определяем по формуле 7 [1]. Наличие подвала в этом случае не учитываем, поэтому формула 7[1] принимает вид:

где k =1;

γ_с2=1 (здание с гибкой конструктивной схемой);

k_z=1, так как b=1<10м;

M_γ, M_q, M_c-по табл.4 [1] в зависимости от φ_II,

γ_II и γ'_II- осредненные значения удельного веса грунтов, залегающих ниже и выше подошвы соответственно; d_i=d₁…d₁₀; b=1м; γ_с1 - по табл.3[1].

ИГЭ-1 (72): Песок мелкий серый с прослоями суглинка:
а) на глубину d₁=1м

б) на глубину d₂=4,5м

ИГЭ-2 (26): Суглинок коричневый:

а) на глубину d₃=6,5м

б) на глубину d₄=7,7м

ИГЭ-3 (16): Глина темно-коричневая местами с гнездами песка:

а) на глубину d₅=9,7м

б) на глубину d₆=10,6м

ИГЭ-4 (78): Песок мелкий серый с прослоями суглинка:

а) на глубину d₇=12,6м

б) на глубину d₈=13,8м

ИГЭ-5 16): Глина темно-коричневая местами с гнездами песка:

а) на глубину d₉=15,8 м

б) на глубину d₁₀=17,9м

По полученным данным построим эпюры и , которые приведены на рис.6.

а) б)

Рис.6. Эпюры изменений R (а) и Е (б)

по глубине основания

2.4.Выводы и заключение

На основании оценки инженерно-геологических условий строительной площадки, значений физико-механических характеристик ИГЭ и выполненных расчетов можно сделать следующие выводы:

1. Поверхностный почвенно-растительный слой является непригодным и снимается на глубину 20см.

2. Проведем классификацию грунтов по разным свойствам:

а) ИГЭ-1 (72): Песок мелкий серый с прослоями суглинка: е=0,67

0,6 £ е £ 0,8– средней плотности сложения [2, табл.10]; S_r=0,83

0,8 < S_r £ 1– песок насыщенный водой [2, табл.7]

б) ИГЭ-2 (26): Суглинок коричневый: I_p=0,20=20% [2, табл.11]; I_L=0,25 – полутвердые [2, табл.13]; слабосжимаемые [4, стр.63]; е=0,65<1

в) ИГЭ-3 (16): Глина темно-коричневая местами с гнездами песка:

I_p=0,47=47% [2, табл.11]; I_L=0,02 – полутвердые [2, табл.13]; среднесжимаемые [4, стр.63]; е=1,015>1 – суглинистый [2, табл.12]

г) ИГЭ-4 (78): Песок мелкий серый с прослоями суглинка: е=0,58

0,6 ˂ е – пески плотные [2, табл.10]; S_r=0,917 0,8 < S_r £ 1– песок насыщенный водой [2, табл.7]

д) ИГЭ-5 (16): Глина темно-коричневая местами с гнездами песка:

I_p=0,47=47% [2, табл.11]; I_L=0,02 – полутвердые [2, табл.13]; среднесжимаемые [4, стр.63]; е=1,015>1 – суглинистый [2, табл.12]

3. Определяем степень морозной пучинистости грунтов: пучиноопасными являются ИГЭ-1 (песок), ИГЭ-2 (суглинок), ИГЭ-3 (глина), ИГЭ-4 (песок), ИГЭ-5 (глина) . Оценку производим по п.2.136 [2]

а) ИГЭ-1 (72): Песок мелкий серый с прослоями суглинка: Пучиноопасный.

б) ИГЭ-2 (26): Суглинок коричневый:

W=0,17; W_L=0,31; W_P=0,12;

W_cr - расчетная критическая влажность, ниже значения которой прекращается перераспределение влаги в промерзающем грунте, доли единицы, определяется по графику рис. 5[2];

W_cr=17.5%=0,165

M_o - безразмерный коэффициент, численно равный при открытой поверхности промерзающего грунта абсолютному значению среднезимней температуры воздуха; определяется так же, как и коэффициент M_t[см. п. 2.27[1]].

Из [7] для г. Томск из таблицы «Температура наружного воздуха» определим среднемесячную температуру по зимним месяцам:

М_о=М_t=|-19,1|+|-16,9|+|-9,9|+|-10,1|+|-17,3|=73,3

Согласно примечанию к табл.39 [2], так как ρ_ИГЭ-2=1,36т/м³≠1,5т/м³, то уточняем значение R_f:

R_f= R_f*ρ/1,5= *1,36/1,5= ,

в этом случае, согласно табл.39 [2], S_r=0,981, ИГЭ-3 можно считать сильнопучинистым грунтом.

в) ИГЭ-3 (16): Глина темно-коричневая местами с гнездами песка:

Согласно табл.39 [2], глина с Ip=0,46 является среднепучинистым грунтом, но, учитывая п.2.137[2] и то, что Sr=1,052,

ИГЭ-3 можно считать сильнопучинистым грунтом.

г) ИГЭ-4 (78): Песок мелкий серый с прослоями суглинка: Пучиноопасный.

д)ИГЭ-3 (16): Глина темно-коричневая местами с гнездами песка: см. п.в

4. Оценка сжимаемости грунтов и деформативность слоев:

а) ИГЭ-1 (72): Песок мелкий серый с прослоями суглинка:

R=(от 188,39 до 657,653)кПа, Е=27МПа –пригоден в качестве естественного основания [4, с. 63].

б) ИГЭ-2 (26): Суглинок коричневый: R=(от 441,672 до 466,806)кПа, Е=8 МПа –непригоден в качестве естественного основания, возможно использование в качестве несущего слоя после искусственного уплотнения [4, с. 63].

в) ИГЭ-3 (16): Глина темно-коричневая местами с гнездами песка: R=(от 413,11 до 436.96) кПа, Е=12 МПа – пригоден в качестве естественного основания [4, с. 63].

г) ИГЭ-4 (78): Песок мелкий серый с прослоями суглинка: R=(от 1773,02 до 1822,51) кПа, Е=35 МПа – пригоден в качестве естественного основания [4, с. 63].

д) ИГЭ-5 (16): Глина темно-коричневая местами с гнездами песка: R=(от 545,19 до 621.19) кПа, Е=12 МПа – пригоден в качестве естественного основания [4, с. 63].

Проведем предварительную оценку слоев основания:

а) ИГЭ-1 (72): Песок мелкий серый с прослоями суглинка - средней плотности сложения [е=0,67] песок насыщен водой [S_r=0,83], пучинистый, слабосжимаемый[ ], R=(от 188,39 до 657,653)кПа, Е=27МПа –пригоден в качестве естественного основания [4, с. 63].

б) ИГЭ-2 (26): Суглинок коричневый: - средней плотности сложения е=0,65, песок, сильнопучинистый[ ], среднежимаемый, R=(от 441,672 до 466,806)кПа, Е=8 МПа –непригоден в качестве естественного основания [4, с. 63].

в)ИГЭ-3 (16): Глина темно-коричневая местами с гнездами песка -полутвердая е=1,015, среднесжимаемая , сильнопучинистая, R=(от 413,11 до 436.96) кПа, Е=12 МПа – пригоден в качестве естественного основания [4, с. 63].

г) ИГЭ-4 (78): Песок мелкий серый с прослоями суглинка: -средней плотности сложения е=0,58, песок насыщен водой , слабожимаемый пучинистый, R=(от 1773,02 до 1822,51) кПа, Е=35 МПа – пригоден в качестве естественного основания [4, с. 63].

д) ИГЭ-5 (16): Глина темно-коричневая местами с гнездами песка -полутвердая е=1,015, среднесжимаемая ,сильнопучинистая, R=(от 545,19 до 621.19) кПа, Е=12 МПа – пригоден в качестве естественного основания [4, с. 63].

4. Произведем оценку инженерно-геологических условий площадки строительства в целом. Инженерно-геологические условия при предварительном анализе являются удовлетворительными, площадка в целом пригодна для возведения заданного здания.

Неблагоприятными факторами являются: неоднородное напластование грунтов (выклинивание), достаточно высокий уровень грунтовых вод (УГВ), наличие пучиноопасных грунтов, поэтому необходимы дополнительные расчеты и мероприятия.

Возможные типы фундаментов с учетом инженерно-геологических условий и действующих нагрузок определяются в дальнейшем.

3. Выбор вариантов фундаментов и их расчет.

На основание анализа инженерно – геологических условий строительной площадки (см. рис. 3), конструктивных особенностей здания (см. рис. 1), выводов и заключений, изложенных в п. 2.4, выбираем варианты фундаментов для наиболее нагруженного фундамента № 6, для которого для которого: N_IImax=3360 кН.

Варианты фундаментов:

1) Столбчатый монолитный железобетонный фундамент с опиранием на ИГЭ-1 (рис. 4.)

2) Столбчатый монолитный железобетонный фундамент на песчаной подушке ИГЭ-1

(рис. 4.)

3) Свайный фундамент с использованием висячих забивных свай

(С9-30), сплошного квадратного сечения (ширина грани b=300мм) с поперечным армированием с ненапрягаемой арматурой, длинной 9м с заглублением в ИГЭ-4 на 1,6м (рис. 4.)

4) Буробетонный фундамент с заглублением в ИГЭ-1

5) Свайный фундамент с использованием железобетонных полых круглых свай (СК9-40 кустовые сваи), (наружный диаметр 400мм толщина стенки 80мм ), длинной 9м с заглублением в ИГЭ-4 на 1,6м (рис. 4.)

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: