7

М инистерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

ЮЖНО-РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

(Новочеркасский политехнический институт)

Г.М. Скибин, Ю.В. Галашев, Д.Н. Архипов

Основания и фундаменты

Учебное пособие

к выполнению курсового и дипломного проектирования

Новочеркасск

ЮРГТУ(НПИ)

2009

У ДК 624.1(075.8)

ББК 38.58

С 42

Рецензенты:

доктор технических наук, профессор ЮРГТУ(НПИ) В.П. Дыба, кандидат технических наук, профессор НГМА Е.Н. Белоконев

Скибин Г.М., Галашев Ю.В., Архипов Д.Н.

С 42 Основания и фундаменты. Пособие к выполнению курсового и дипломного проектирования / Г.М. Скибин, Ю.В. Галашев, Д.Н. Архипов; Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). – Новочеркасск: ЮРГТУ, 2009. – 91 с.

ISBN 978-5-88998-902-8

В пособии приводятся примеры проектирования оснований по предельным состояниям при расчете и конструировании основных типов фундаментов мелкого заложения и свайных фундаментов в соответствии с требованиями действующих строительных норм.

Пособие предназначено для подготовки инженеров строителей по специальностям промышленное и гражданское строительство, гидротехнические сооружения, городское строительство и хозяйство, а также бакалавров по направлению строительство.

УДК 624.1(075.8)

ББК 38.58

ISBN 978-5-88998-902-8 © Южно-Российский государственный технический университет (НПИ), 2009

© Скибин Г.М., Галашев Ю.В., Архипов Д.Н., 2009

1. Оценка инженерно-геологических условий строительства и привязка здания к местности

Правильная оценка инженерно – геологических условий строительства и привязка здания к местности во многом определяют конструкцию и стоимость подземной части здания. Инженерные изыскания для строительства должны проводиться в соответствии с требованиями СНиП 1.02. 07- 87 «Инженерные изыскания для строительства», государственных стандартов и других нормативных документов по инженерным изысканиям и исследованиям грунтов для строительства.

1.1. Характеристика площадки строительства

В описании площадки строительства указываются: место строительства, размеры площадки, ориентация, районы снеговых и ветровых нагрузок; рельеф площадки, уклон в тысячных и направление уклона; краткая характеристика грунтов площадки (характер напластований, наличие растительного слоя, наименование грунтов и мощность пластов); наличие подземных вод, глубина их залегания и агрессивность.

1.2. Характеристика грунтов площадки

Вид грунта устанавливается для каждого пласта по физико-механичес­ким характеристикам, содержащимся в задании на проектирование, в соответствии с ГОСТ 20522 – 75.

Для глинистых грунтов вычисляется число пластичности и определяется вид грунта, затем вычисляются консистенции и устанавливается наименование грунта по консистенции.

Если глинистые грунты являются лессовидными просадочными, то дополнительно определяют величину относительной просадочности, используя для этого результаты компрессионных испытаний. Для песчаных и крупнообломочных грунтов вид грунта определяется по данным гранулометрического анализа. Затем песчаные грунты в зависимости от коэффициента пористости разделяют по плотности сложения. После этого устанавливается степень влажности грунта и выполняется классификация грунта по степени влажности.

При установлении характеристик грунтов следует оценить возможность их использования в качестве естественных оснований. В случае наличия слабых грунтов, перечисленных в разделе 4 СНиП 2.02.01-83, необходимо ориентироваться на применение специальных конструкций фундаментов или на устройство искусственного основания.

Результаты инженерных изысканий должны содержать данные, необходимые для выбора типа оснований и фундаментов, определения глубины заложения и размеров фундаментов с учетом прогноза возможных изменений инженерно-геологических и гидрогеологических условий площадки строительства (в процессе строительства и эксплуатации), а также вида и объема инженерных мероприятий по ее освоению.

Проектирование оснований без соответствующего инженерно-геологического обоснования или при его недостаточности не допускается.

Результаты инженерно-геологических и гидрогеологических исследований, излагаемые в отчете об изысканиях, должны содержать следующие сведения:

• о местоположении территории предполагаемого строительства, о ее климатических и сейсмических условиях и о ранее выполненных исследованиях грунтов и подземных вод;

• об инженерно-геологическом строении и литологическом составе толщи грунтов и о наблюдаемых неблагоприятных физико-геологических и других явлениях (карст, оползни, просадки и набухание грунтов, горные выработки и т. п.);

• о гидрогеологических условиях с указанием высотных отметок появившихся и установившихся уровней подземных вод, амплитуды их колебаний и величин расходов воды; о наличии гидравлических связей горизонтов вод между собой и ближайшими открытыми водоемами, а также сведения об агрессивности вод в отношении материалов конструкций фундаментов;

• о грунтах строительной площадки, в том числе описание в стратиграфической последовательности напластований грунтов основания, форма залегания грунтовых образований, их размеры в плане и по глубине, возраст, происхождение и классификационные наименования, состав и состояние грунтов (рис. 1.1).

.

Рис. 1.1. Пример разрезов по шурфам и скважинам

Для выделенных слоев грунта должны быть приведены физико-механические характеристики, к числу которых относятся:

• плотность  и влажность грунтов W;

• коэффициент пористости грунтов e;

• гранулометрический состав для крупнообломочных и песчаных грунтов;

• число пластичности I_P и показатель текучести грунтов I_L;

• угол внутреннего трения , уд. сцепление С и модуль деформации грунтов E;

• коэффициент фильтрации к_ф;

• коэффициент консолидации для водонасыщенных пылевато-глинис-тых грунтов при показателе текучести I_L > 0,5, биогенных грунтов и илов;

• временное сопротивление на одноосное сжатие, коэффициент размягчаемости, степень засоленности и растворимости для скальных грунтов;

• относительная просадочность, а также величина начального давления и начальной критической влажности для просадочных грунтов;

• относительное набухание, давление набухания и линейная усадка для набухающих грунтов;

• количественный и качественный состав засоления для засоленных грунтов;

• содержание органического вещества для биогенных грунтов и степень разложения для торфов.

В проекте обязательно указываются применяемые методы лабораторных и полевых определений характеристик грунтов.

К проекту прилагаются таблицы и ведомости показателей физико-механических характеристик грунтов, схемы установок, примененных при полевых испытаниях, а также колонки грунтовых выработок и инженерно-геологические разрезы. На колонках грунтовых выработок должны быть отмечены все места отбора проб грунтов и пункты полевых испытаний грунтов.

Пример таблицы физико-механических характеристик грунтов приводится в табл. 1.1.

Табл.1.1

Физико-механические свойства грунтов строительной площадки ….

№ п/п	Наименование грунтов (вид грунта) 3 образца с разной глубины	Глубина отбора образца Н, м	Природ. влаж-ность W, д.е.	Плотность,кН/м3			Порис-тость n, %	Коэф. порист. е, д.е.	Пределы пластичности		Число пластич. Ip	Конси-стенция Il	Коэф. сжим. ,	Модуль деформ. Е, МПа	Угол внутр. трен. φ11,град	Сцеп-ление С11, КПа	Степень влажн. Sr (для песков)
				ρ	ρS	ρd			Wl	Wp
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18
1
2
3

; – Региональные таблицы – коэффициент, зависящий от коэффициента Пуассона

х 100%; Песок………...26,5-26,7 Песок и супесь………………0,74

e = ; Супесь……….26,8-27,2 Суглинок…………………….0,62

S_r= ; Суглинок…….26,9-27,3 Глина………………………...0,40

I _p= W_l – W_p; Глина………..27,1-27,6

I _l= ; = tg α; E = ;

Характеристики грунтов должны быть представлены их нормативными значениями, а удельное сцепление, угол внутреннего трения, плотность и предел прочности на одноосное сжатие скальных грунтов также еще и расчетными значениями.

В работе должен быть дан прогноз изменениям инженерных условий территории (площадки) строительства при возведении и эксплуатации зданий и сооружений.

Данные о климатических условиях района строительства должны приниматься по указаниям СНиП по строительной климатологии и геофизике [СНиП 23-01- 99.Строительная климатология].

Для учета опыта строительства при проектировании оснований необходимо иметь данные об инженерно-геологических условиях этого района, о конструкциях возводимых зданий и сооружений, нагрузках, типах и размерах фундаментов, давлениях на грунты основания и о наблюдавшихся деформациях сооружений.

Наличие таких данных позволит лучше оценить инженерно-геологические условия площадки, а также возможность проявления неблагоприятных физико-геологических процессов и явлений (развитие карста, оползней и т. д.), позволит правильно установить характеристики грунтов, выбрать наиболее рациональные типы и размеры фундаментов, глубину их заложения и т. д.

Проектом оснований и фундаментов должна быть предусмотрена срезка плодородного слоя почвы для последующего использования в целях восстановления (рекультивации) нарушенных или малопродуктивных сельскохозяйственных земель, озеленения района застройки и т. п.

Модуль деформации грунтов вычисляется по результатам компрессионных испытаний грунтов, приведенным в заключении по инженерно-геологическим изысканиям на площадке строительства. Компрессионные кривые необходимо построить на миллиметровке или с помощью компьютера и вычислить коэффициент сжимаемости. При этом масштаб желательно принять: для e – 1 см соответствует 0,05; для P – 1 см соответствует 0,05 МПа.

По компрессионной кривой вычисляется коэффициент сжимаемости

,

где P₁ – бытовое давление на глубине взятия образца, МПа;

P₂ – давление на грунт от веса сооружения, т.к. эта величина еще неизвестна, можно ее принять условно за 0,2 МПа;

e₁ – коэффициент пористости грунта, соответствующий бытовому давлению P₁;

e₂ – коэффициент пористости грунта, соответствует давлению на грунт от сооружения P₂.

Модуль деформации вычисляется для всех горизонтов отбора проб. Бытовое давление грунта определяется с учетом взвешивающего действия подземных вод (см. табл.1.1).