Анализ инженерно-геологических условий строительной площадки (стр. 1 )

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет»

Кафедра «Управление недвижимостью и кадастры»

АНАЛИЗ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ

СТРОИТЕЛЬНОЙ ПЛОЩАДКИ

Методические указания к курсовому проекту

по дисциплине «Основания и фундаменты»

для подготовки бакалавров по направлению «Строительство»

Комсомольск-на-Амуре 2013

УДК 624.15

Анализ инженерно-геологических условий строительной площадки : методические указания к курсовому проекту по дисциплине «Основания и фундаменты» для подготовки бакалавров по направлению «Строительство» /сост. . – Комсомольск – на – Амуре : ФГБОУВПО «КнАГТУ», 2013. – 12 с.

Методические указания предназначены для подготовки бакалавров по направлению 270800 «Строительство» очной, заочной и очно-заочной форм обучения.

Содержат рекомендации по определению основных физико-механических характеристик грунтов и подбору естественных оснований для основных типов фундаментов.

Печатается по постановлению редакционного – издательского совета ФГБОУВПО «Комсомольский – на – Амуре государственный технический университет.

Согласовано с отделом менеджмента качества.

ВВЕДЕНИЕ

Этап проектирования оснований и фундаментов «Анализ инженерно-геологических и гидрогеологических условий строительной площадки»

Цели: 1) закрепление теоретических знаний по проведению анализа инженерно-геологических условий строительной площадки;

2) приобретение умения классифицирования крупнообломочных, песчаных и глинистых грунтов по основным физико-механическим характеристикам;

3) приобретение навыка определения степени пучинистости грунтов;

4) приобретение навыка выбора несущего слоя грунтового основания.

Проектирование оснований является неотъемлемой составной частью проектирования сооружения в целом. Статическая схема сооружения, конструктивное и объемно-планировочное решение, плановая и высотная привязки должны приниматься с учетом результатов инженерных изысканий на площадке строительства. Результаты инженерно-геологических и гидрогеологических исследований, излагаемые в отчете об изысканиях содержат сведения о местоположении территории предполагаемого строительства, о ее климатических и сейсмических условиях; об инженерно-геологическом строении и литологическом составе толщи грунтов; о гидрогеологических условиях, о грунтах строительной площадки, в том числе описание в стратиграфической последовательности напластований грунтов основания, о форме залегания грунтовых образований, их размерах в плане и на глубине, возрасте, происхождении и классификационные наименования, состав и состояние грунтов. Для выделенных слоев грунта должны быть приведены физико-механические характеристики.

1 ОЦЕНКА ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ

СТРОИТЕЛЬНОЙ ПЛОЩАДКИ И СВОЙСТВ ГРУНТОВ

1.1 Инженерно-геологические разрезы

Инженерно-геологические разрезы строительной площадки по скважинам строят для выяснения характера напластования грунтов под сооружением. Расстояние между скважинами по горизонтали принимают непосредственно из плана участка, а мощность пластов и уровень грунтовых вод принимают по данным бурения скважин. Абсолютные высотные отметки указывают слева от разреза. Стратиграфические подразделения выделены индексами, указывающими возраст и генезис, например - флюогляциальные раннечетвертичные. Литологические разновидности указаны штриховкой в соответствии с обозначениями, приведенными на рисунке 1.1. Разрез дополняется данными об основных физико-механических свойствах грунтов: удельном весе грунта , модуле деформации грунта , угле внутреннего трения , удельном сцеплении . Планировочная отметка назначается из условия минимальной разработки грунтов при выемке и планировке. Почвенно-растительный слой срезается.

В дальнейшем на геологическом разрезе дается схема подземной части здания, указывается нулевая отметка пола и глубина заложения подошвы фундамента. Пример оформления инженерно-геологического разреза приведен на рисунке 1.2.

Рисунок 1.1 – Условные обозначения грунтов

1 – поверхность грунта; 2 – засыпка из любого материала;

3 – ленточные глины с прослойками песков; 4 – глины четвертичные;

5 – глины коренные; 6 – лессовидные грунты; 7 – суглинки;

8 - супеси; 9 – известняки; 10 – пески; 11 – песчаники;

12 – заторфованные грунты

1.2 Определение производных характеристик грунтов,

слагающих площадку строительства

В задании на проектирование всегда указаны основные физико-механические характеристики грунтов, определенные опытным путем. Зная основные характеристики грунтов, производные физические характеристики определяют по специальным формулам.

Плотность сухого грунта рассчитывается по формуле

,

где - плотность грунта, т/м3; - влажность грунта в природном залегании, д. е.

Удельный вес грунта, удельный вес частиц грунта и удельный вес сухого грунта определяют по формулам:

; ; ,

где =9,81 м/с2 – ускорение свободного падения, - плотность частиц грунта, т/м3.

Рисунок 1.2 – Пример выполнения инженерно-геологического разреза

Коэффициент пористости грунта можно определить по формуле

.

Удельный вес грунта с учетом взвешивающего действия воды находят из выражения

.

Коэффициент водонасыщения грунта , д. е., определяется как степень заполнения пор водой по формуле

,

где - удельный вес воды, принимаемый т/м3.

Число пластичности , %, определяют по формуле

,

где - влажность на границе текучести грунта, %; - влажность на границе раскатывания грунта, %.

Показатель текучести характеризует консистенцию грунта в его природном залегании и определяется по формуле

.

При строительстве зданий на структурно-неустойчивых грунтах необходимо вычислить дополнительные характеристики, определяющие особенности этих грунтов.

Механические характеристики грунта: удельное сцепление , угол внутреннего трения , модуль деформации - определяются экспериментально и приводятся в отчетах об инженерно-геологических изысканиях. Для предварительных расчетов, а также для расчетов оснований зданий и сооружений II и III классов допускается определять нормативные значения механических характеристик грунтов по их физическим характеристикам по таблицам СНиП /1/.

Все расчеты оснований должны выполняться с использованием расчетных значений физико-механических свойств грунтов. Расчетные характеристики определяются по формуле

,

где - нормативное значение характеристики; - коэффициент надежности по грунту; принимается для всех характеристик, кроме .

Расчетные характеристики обозначаются:

- при расчетах по I группе предельных состояний;

- при расчетах по II группе предельных состояний.

В тех случаях, когда в отчетах по инженерно-геологическим изысканиям отсутствуют данные статистической обработки, а также, когда значения принимаются по таблицам СНиП /1/, при расчете по II предельному состоянию коэффициент надежности по грунту следует принимать равным . При расчетах по I предельному состоянию расчетные значения следует определять с коэффициентами надежности: для удельного сцепления ; для угла внутреннего трения пылевато-глинистых грунтов ; для угла внутреннего трения песчаных грунтов .

В отчете по инженерно-геологическим изысканиям приводятся результаты химического анализа подземных вод, которые необходимы для определения степени их агрессивности по отношению к бетону и арматуре.

Физико-механические характеристики грунтов обычно приводятся в табличной форме (таблица 1.1).

1.3 Установление наименований дисперсных грунтов

К классу природных дисперсных грунтов относятся, в частности крупнообломочные, песчаные и глинистые грунты. Наименование грунтов устанавливается по ГОСТ /2/ по комплексу признаков.

1.3.1 Крупнообломочные грунты – это несвязные минеральные грунты, в которых масса частиц размером крупнее 2 мм составляет более 50 %. Они выделяются по гранулометрическому составу, коэффициенту водонасыщения, по составу заполнителя, по выветрелости, по истираемости.

По гранулометрическому составу крупнообломочные грунты подразделяются согласно таблице 1.2.

Таблица 1.2 - Классификация крупнообломочных и песчаных грунтов

по гранулометрическому составу

Грунт	Тип грунта	Содержание частиц по массе
Крупнообломочный	Валунный (при преобладании неокатанных частиц – глыбовый) Щебенистый (при преобладании окатанных частиц – галечниковый) Дресвяный (гравийный)	Крупнее 200 мм – более 50 % Крупнее 10 мм – более 50 % Крупнее 2 мм – более 50 %
Песчаный	Гравелистый Крупный Средней крупности Мелкий Пылеватый	Крупнее 2 мм – более 25 % Крупнее 0,5 мм – более 50 % Крупнее 0,25 мм – более 50% Крупнее 0,1 мм – более 75 % Крупнее 0,1 мм – менее 75 %

П р и м е ч а н и е - Для установления типа грунта последовательно суммируются проценты содержания в нем частиц: сначала – крупнее 200 мм, затем – крупнее 10 мм, далее – крупнее 2 мм и т. д. Тип грунта принимается по первому удовлетворяющему показателю в приведенном в таблице 1.2 порядке их расположения по вертикали.

По коэффициенту водонасыщения крупнообломочные грунты подразделяют согласно таблице 1.3.

Таблица 1.3 – Классификация грунтов по коэффициенту водонасыщения

Разновидность грунтов	Коэффициент водонасыщения, , д. е.
Малой степени водонасыщения Средней степени водонасыщения Насыщенные водой	0 – 0,50 0,50 – 0,80 0,8 – 1,00

По составу заполнителя. Если песчаного заполнителя более 40% или пылевато-глинистого более 30 % общей массы абсолютно сухого грунта, то к названию грунта добавляется наименование заполнителя. Тип заполнителя устанавливают по принятым для него показателям после удаления из образца крупнообломочных частиц крупнее 2 мм. Лучшими свойствами обладают грунты с песчаными заполнителями; примеси пылеватых и глинистых частиц ухудшают свойства грунтов. Большое содержание глинистых частиц придает крупнообломочным грунтам некоторые свойства глинистых грунтов.

По выветрелости. Для частиц крупнее 2 мм указывается петрографический состав, а при наличии их более 10% - коэффициент выветрелости. По этому коэффициенту они подразделяются согласно таблице 1.4.

Таблица 1.4 – Классификация крупнообломочных грунтов

по выветрелости

Разновидность крупнообломочных грунтов	Коэффициент выветрелости , д. е.
Невыветрелый Слабовыветрелый Сильновыветрелый	0 – 0,50 0,50 – 0,75 0,75 – 1,00

По коэффициенту истираемости крупнообломочные грунты подразделяют согласно таблице 1.5.

Таблица 1.5 – Классификация грунтов по истираемости

Разновидность крупнообломочных грунтов	Коэффициент истираемости , д. е.
Очень прочный Прочный Средней прочности Малопрочный Пониженной прочности	< 0,10 0,10 – 0,20 0,20 – 0,30 0,30 – 0,40 >0,40

1.3.2 Песчаные грунты – это несвязные минеральные грунты, в которых масса частиц размером крупнее 2 мм составляет более 50 %. Они выделяются по гранулометрическому составу, степени неоднородности, коэффициенту водонасыщения, коэффициенту пористости, плотности, относительному содержанию органического вещества, степени засоленности.

По гранулометрическому составу пески подразделяются согласно таблице 1.2.

Пример 1.1. Для песчаного грунта были получены результаты гранулометрического анализа, приведенные в таблице 1.6.

Таблица 1.6 – Исходные данные для примера 1.1

Размер частиц, мм	>10	10 - 5	5 - 2	2 - 1	1- 0,5	0,5 - 0,25	0,25 - 0,1
Содержание частиц, %	0	0	0	1,7	13,2	40,2	33,9

Продолжение таблицы 1.6

Размер частиц, мм	0,1 - 0,05	0,05 - 0,01	0,01 - 0,005	<0,005
Содержание частиц, %	5,9	1,5	0,7	2,9

Суммарный состав частиц крупнее 2 мм составляет 0 %, значит песок не гравелистый; суммарный состав частиц крупнее 0,5 мм составляет 14,9 %, значит песок не крупный; суммарный состав частиц крупнее 0,25 мм составляет 55,1 %, т. е. более 50 %, значит, грунт относится к песку средней крупности.

По степени неоднородности гранулометрического состава песчаные грунты подразделяются на однородные и неоднородные:

- однородные грунты, если ;

- неоднородные грунты, если .

Степень неоднородности гранулометрического состава определяется по формуле

,

где - диаметры частиц, мм, меньше которых в грунте содержится соответственно 60 и 10 % (по массе) частиц. Содержание массы частиц d10 и d60 определяют аналитически или по кривой однородности. Для построения кривой однородности по горизонтальной оси откладывают логарифмы диаметров частиц, а по вертикали – их процентное содержание. Пересечения полученной кривой с линиями, которые соответствуют содержанию частиц d10 и d60 , дают искомые значения диаметров (рисунок 1.3).

По коэффициенту пористости песчаные грунты классифицируются в соответствии с таблицей 1.7.

По коэффициенту водонасыщения пески оценивается так же, как и крупнообломочные грунты (таблица 1.3).

По степени плотности пески подразделяются согласно таблице 1.8.

Рисунок 1.3 – Кривая однородности грунта

Таблица 1.7 - Классификация грунтов по коэффициенту пористости

Плотность сложения грунтов по коэффициенту пористости	Коэффициент пористости для песков
гравелистых, крупных, средней крупности	мелких	пылеватых
Плотные Средней плотности Рыхлые	e < 0,55 0,55 ≤ e ≤ 0,7 e > 0,7	e < 0,6 0,6 ≤ e ≤ 0,75 e > 0,75	e < 0,6 0,6 ≤ e ≤ 0,8 e > 0,8

Таблица 1.8 – Классификация песков по степени плотности