Инженерная геология, организация геодезических работ в строительстве (стр. 4 )

По всем выработкам, в которых указывается глубина залегания отдельных слоев, появлений и поднятия уровня подземных вод всех водоносных горизонтов, приводятся описание визуальных признаков грунтов с уточнением состояния по показателю текучести и наименование песков по гранулометрическому составу, а также другие особенности проходки выработки, трудности при разработке грунта. Устье выработки привязывается к абсолютной отметке поверхности земли.

Определяются физико-механические характеристики грунтов, а результаты этих определений обрабатываются методом математической статистики. Для такой обработки необходимо не менее 6 определений каждой характеристики отдельной разности грунтов.

Далее строят продольные и поперечные геолого-литологические разрезы. Принимают вертикальный масштаб 1:100, горизонтальный 1:500. При необходимости строят карты кровли несущих грунтов, гидроизогипс и др.

2.4.1 Состав и содержание инженерно-геологического отчета.

В отчете приводятся техническое задание ГИПа, на основании которого выполняется комплекс инжшерно-геологических изысканий. Основой является топосъемка м 1:500 на текущий момент с контуром проектируемого сооружения. В отчете подробно освещается геоморфология, прогнозируются гидродинамические процессы, которые могут развиться и помешать строительству и нормальной эксплуатации сооружения.

Рис.2 Абс. отм. 17.04 м СКВ№1 Дата бурения 13.05.99

№ И. Г.Э.	Стратиграф. индекс		Мощность м	Описание грунтов	Разрез скважины	Уровень воды	Набережная Космонавтов. Нижняя прогулочная терраса. подпорная стенка     водохранилище " width="42" height="66 "/>
Абс. отмет.	Глубина	Появл.	Устан.
1	t-QIV	16,44	0,6	0,6	Асфальт, бетон				1,2Ñ‌	1,2Ñ‌
2	t-QIV	15,24	1,8	1,2	Намывной песок, мелкий, средней плотности, маловлажный, с 1,2 м. водонасыщ.
3	t, QIV	13,84	3,2	1,4	Насыпной грунт: суглинок с гумусом. бытовыми отходами, тугопл.
4	dQ	10,74	6,3	3,1	Глина коричневая, тугопластичная
5	ek, alb	10,04	7,0	0,7	Глина серая, полутвердая
6	K, alb	7,04	10,0	3,0	Глина темносерая до черной, твердая, плотная, прочная

Основную часть отчета занимает подробное освещение напластования грунтов, рассматриваемых сверху вниз, и их физико-механические свойства. При этом обращается внимание на возможные изменения этих свойств во время строительства от различных факторов, а также под воздействием тяжелых машин и механизмов, применяемых строителями при устройстве котлованов и фундаментных работ.

В отчете приводятся нормативные и расчетные характеристики грунтов для расчетов оснований и фундаментов по деформации и прочности (устойчивости). Должен быть отмечен режим подземных вод каждого подземного горизонта – появление при бурении, установившийся уровень, прогноз наиболее высокого положения уровня в период строительства и эксплуатации. На основании лабораторных определений устанавливается агрессивность воды-среды и грунтов по отношению к бетону, к другим материалам. В выводах отчета подводится анализ полученных материалов и даются рекомендации по оценке грунтов как основания сооружения, по выбору типа фундамента и прогноз изменения окружающей среды. Эти рекомендации инженера-геолога не являются обязательными для проектировщиков, а лишь учитываются.

В отчете помещаются приложения, к которым относятся данные лабораторных и полевых испытаний грунтов в виде таблиц, графиков, план участка с горизонталями, с расположением скважин, других выработок, существующих сооружений и др. Правильный учет материалов в отчете позволяет находить наиболее рациональные решения при проектировании фундаментов и подземных частей сооружений.

3. Механика грунтов

3.1. Напряжения в массиве грунта

Грунт – зернистый материал с порами. Он не является упругим материалом (остаточные деформации значительно больше упругих), нет строгой линейной зависимости между напряжениями и деформациями, однако допустимо применить теорию упругости для определения напряжений и деформаций под действием внешних нагрузок.

Рассмотрим рис. 3.

Жесткий штамп загружен нагрузкой N. В массиве грунта происходят перемещения, возрастающие с увеличением нагрузки. Грунт будет деформироваться как от собственного веса, так и от нагрузки. Интегральным выражением деформаций является осадка штампа S. При увеличении нагрузки осадка развивается в соответствии с кривой 1, приведенной на рис.3“б”. Выделяются 4 участка: ОА – соответствует нагрузке, не превышающей структурную плотность грунта Р str. При таких напряжениях развиваются упругие осадки и осадки, связанные с затухающей ползучестью. Напряжения по краям штампа будут превышать Pstr. Это фаза упругих деформаций.

Дальнейшее увеличение давления превысит структурную плотность грунта, и в основании станут развиваться деформации уплотнения одновременно с увеличением коэффициента пористости по линейной зависимости в начале участка. Однако, прямолинейный отрезок участка АВ переходит в криволинейный, возникает сложная картина внутреннего перемещения частичек

грунта по ординате давления и за пределами штампа. Эта фаза уплотнения и местных сдвигов. При еще большем N зоны пластических деформаций, развиваясь в стороны, будут приводить к уплотнению грунта и по сторонам от этих зон, вследствие чего радиус кривизны кривой 1 на участке ВС станет меньше. Это фаза развития интенсивных деформаций сдвигов и уплотнения, в том числе по сторонам от зон пластических деформаций.

При дальнейшем увеличении N на неглубоко заложенный фундамент произойдет резкая осадка его с выпором грунта из основания в стороны и вверх. Кривая CD превратится в вертикальную линию. Это фаза выпора.

Таким образом, в пределах 2 первых фаз принимается допущение, что грунт является линейно-деформируемым телом.

При разгрузке штампа кривая 2 никогда не возвращается в начало координат, поскольку грунт получает остаточные деформации. При повторном загружении получим кривую 3, которая до нагрузки, раннее приложенной к штампу, будет приблизительно соответственно линейной зависимости.

В целом при определении напряжения в массиве принимают, что грунт является сплошным изотропным линейно-деформируемым телом, испытывающим одноразовое загружение. При этих условиях для определения осредненных напряжений в точке массива грунта используют решения теории упругости.

3.1.1. Определение напряжений от действий внешних нагрузок

Рассмотрим рис. 4

Пусть положение т. М определяется полярными координатами R и системы координат с началом в точке приложения силы N. Под действием силы N т. М переместится в направлении радиуса R на величину s1. Чем дальше от т. О будет расположена т. Ц, тем меньше будет ее перемещение. При R= ∞ перемещение т. М, будет равно нулю. Следовательно s1 можно принять обратно пропорциональном R. В тоже время при одном и том же значении R для различных величин угла перемещения точек будут неодинаковы. Наибольшее перемещение получит т., расположенная на оси z., т. е. при β=О. С увеличением угла β перемещения по направлению радиуса R уменьшаются, и в случае β=90 (на поверхности грунта) при малых деформациях будут равны нулю. ( рис.4 “а”)

В связи с этим можно принять, что перемещение т. М1 по направлению радиуса, кроме зоны около т. приложения силы N будет

s1 = (a/R) cosβ,

где а1 – коэффициент пропорциональности.

Эта зависимость удовлетворяет граничным условиям. Рассмотрим теперь т. М2 на расстоянии dR от т. M1. Руководствуясь записанным выражением, найдем перемещение т. М2 по направлению радиуса R:

s2 = { a1/(R+Dr) }\cos

В таком случае относительная деформация грунта на отрезке dR составит:

εR = = ()

Пренебрегая величиной RdR, малой по сравнению с R2 и учитывая линейную зависимость между напряжениями и деформациями, найдём выражение для напряжений сжатия, действующих на площадки, перпендикулярные направлению радиуса R, без учёта силы тяжести грунта:

бR=(a1а2/R2) cosβ, (a)

где а2 – коэффициент пропорциональности между напряжениями и деформациями.

Для нахождения произведения коэффициентов а1 а2 отсечем мысленно часть пространства полушаровой поверхностью (рис. 4б), имеющий центр в т. О и радиус R и составим уравнение равновесия проекций на ось z всех сил, действующих на отсеченный элемент, для невесомой среды. В таком случае получим

N ---- (б)

где dA – площадь кольца полушаровой поверхности при изменении угла на величину dβ.

Подставив в уравнение (б) значение бr, определенное по выражению (а), и решив его, найдем произведение коэффициентов а1а2. После подстановки значения а1а2 в выражение (а) получим

(в)

Напряжение бR действует на наклонную площадку dA. Рассматривая равновесие элементарной треугольной призмы (рис.4”в”), составим уравнение проекций всех сил на вертикальную ось:

бz da /cosβ – бR cosβ d A = 0

Подставив в полученное уравнение значение по выражению (в), найдем вертикальное напряжение, которое принимается с положительным знаком при сжатии:

Поскольку cosβ = z/R, (см. рис.4”a”), получим

Учитывая, что R2 =r2 + z2 будем иметь,

(г)

где

К =

Аналогично могут быть найдены остальные 5 компонентов напряжения в т. М1

Подставляя в формулу (г) значение коэффициента К, найденного по табл. 1, определяют вертикальное сжимающее напряжение бz, развивающееся в грунтах при действии сосредоточенной силе

Табл. 1.

r/z	K	r/z	K	r/z	K	r/z	K
0.00	0.4775	0.50	0.2733	1.00	0.0844	1.5	0.0251
0.05	0.4745	0.50	0.2466	1.05	0.0744	1.6	0.0200
0.1	0.4667	0.60	0.2214	1.10	0.0658	1.7	0.0160
0.15	0.4516	0.65	0.1978	1.15	0.0581	1.8	0.0129
0.2	0.4329	0.70	0.1762	1.2	0.0513	1.0	0.0105
0.25	0.4103	0.75	0.1565	1.25	0.0454	2.0	0.0085
0.30	0.3849	0.80	0.1386	1.30	0.0402	2.5	0.0034
0.35	0.3577	0.85	0.1226	1.35	0.0657	3.0	0.0015
0.40	0.3294	0.90	0.1083	1.40	0.0317	4.0	0.0004
0.45	0.3011	0.95	0.0966	1.40	0.0282	5.0	0.0001

4.Расчет осадок фундаментов.

В расчетах учитываются все деформации в грунте, приводящие к перемещению (осадке) фундамента и поверхности грунта вокруг него. Виды деформаций грунта и физические причины, их вызывающие, приведены в таблице 2.

Виды деформаций	Физические причины деформаций
Упругие деформации: искажения формы	Действие молекулярных сил упругости развивающихся при искажении структурной решетки твердях частиц и цементирующего коллоидного вещества
Изменение объема	Действие молекулярных сил упругости замкнутых пузырьков воздуха, тонких пленок воды и твердых частиц
Остаточные деформации: уплотнения	Разрушения скелета грунта и отдельных его частиц в т. контактов, взаимный сдвиг частиц, выдавливание пор воды, обуславливающие уменьшение пористости (компрессию грунта)
Пластические	Развитие местных сдвигов в областях предельного напряженного состояния
Просадки	Резкое нарушение природной структуры грунта (замачивание лессов, оттаивание мерзлых грунтов и т. д.)
Набухание	Проявление расклинивающего эффекта в результате действия электромолекулярных сил и выделение из поровой воды растворенного в ней газа при пониженном давлении

Как правило, при расчете осадок фундаментов рассматривают интегрально остаточные деформации уплотнения и деформации искажения формы. Из упругих деформаций изменения объема учитываются только деформации замкнутых пузырьков воздуха (газа), так как деформации объема твердых частиц и воды в тысячи раз меньше деформаций уплотнения.