Проектирование вариантов фундаментов для строительства здания на грунте, состоящего из растительного слоя, песка пылеватого, супеси и песка средней крупности (нормативная глубина промерзания грунта - 2,2 м)

1. Исходные данные и оценка инженерно-геологических условий площадки строительства.

Номер слоя	Мощность слоя, м	Глубина подошвы слоя, м	Отметка подошвы слоя, м	Отметка уровня подземных вод, м	Наименование грунта по типу	Плот-ность r, г/см3	Плот-  ность частиц rS, г/см3	Влаж-ность w	Предел теку-чести wl, %	Предел плас-тичности wP, %	Коэффициент фильтрации kf, см/с
1	0,2	0,2	144,8	142,0	Растительный слой	1,50	-	-	-	-	-
2	4,0	4,2	140,8		Песок пылеватый	2,00	2,66	0,25	0	0	8´10-4
3	3,0	7,2	137,8		Супесь	2,08	2,67	0,19	21	15	6´10-8
4	5,5	12,7	132,3		Глина	2,01	2,74	0,27	44	24	2´10-7
5	6,0	18,7	126,3		Песок средней крупности	1,99	2,64	0,20	0	0	4´10-2

Таблица 1. – Исходные данные.

Отметка поверхности природного рельефа NL = 145,0 м; нормативная глубина промерзания грунта d_fn = 2,2 м.

Оценка инженерно-геологичеких условий площадки начинаем с изучения напластования грунтов. Для этого по исходным данным (табл. 1) строим геологический разрез (рис. 1).

Рис. 1. Геологический разрез.

1.1.  Оценка прочностных и деформационных свойств

грунтов площадки

В соответствии с вариантом вычисляем производные характеристики физических свойств грунтов.

Коэффициент пористости e определяется по формуле:

, где       r_S - плотность частиц грунта;

r - плотность грунта;

w - природная влажность.

В зависимости от коэффициента пористости песчаные грунты делятся на плотные, средней плотности и рыхлые.

Степень влажности S_r определяется по формуле:

где       r_w - плотность воды.

Тип пылевато-глинистых грунтов устанавливается по числу пластичности I_P:

I_P = w_L – w_P , где       w_L - влажность на границе текучести;

w_P - влажность на границе раскатывания, %.

По числу пластичности пылевато-глинистые грунты подразделяются на следующие типы: супесь (1 £ I_P £ 7), суглинок (7 £ I_P £ 17), глина (I_P > 17).

Показатель текучести пылевато-глинистых грунтов определяется по формуле:

По показателю текучести пылевато-глинистые грунты подразделяются на следующие разновидности:

-  супеси:

- твердые (I_L < 0),

- пластичные (0 £ I_L £ 1),

- текучие (I_L > 1);

-  суглинки и глины:

- твердые (I_L < 0),

- полутвердые (0 £ I_L £ 0,25),

- тугопластичные (0,25 £ I_P £ 0,50)

- мягкопластичные (0,50 £ I_L £ 0,75)

- текучепластичные (0,75 £ I_L £ 1,00)

- текучие (I_L > 1)

По значениям характеристик физических свойств грунтов, определяющих их тип и разновидность, выписываются из соответствующих таблиц СНиП [1] значения угла внутреннего трения j, удельного сцепления С, модуля деформации Е (приложение 1 [1]) и расчетного сопротивления грунта R₀ (приложение 2 [1] ).

В целях наглядного представления о строительных свойствах грунтов площадки классификационные показатели сводим в таблицу 1.

По характеристикам механических свойств грунтов (j, С, Е) и значению сопротивления R₀ можно судить о несущей способности, деформируемости грунта и возможности использования его в качестве основания фундамента. Явным для этой цели служат модуль деформации Е и расчетное сопротивление R₀. Грунты принято считать малосжимаемым, если модуль деформации Е ³ 20 МПа, среднесжимаемым при 20 > E > 5 МПа. Опирать фундаменты на сильносжимаемые грунты (к которым относятся пески рыхлые, пылевидно-глинистые грунты с показателем текучести более 0,75) небезопасно, и использовать эти грунты в качестве основания капитальных зданий нормативными документами не допускается.

1.2.  Оценка инженерно-геологических условий площадки

Оценку инженерно-геологических условий площадки начинаем с построения геологического разреза, на котором помимо слоев грунта наносим уровень подземных вод, фиксируем его отметку (рисунок 1).

Т а б л и ц а  1 – Характеристики физико-механических свойств грунтов строительной площадки

Номер слоя	Из приложения к заданию					Вычисляемые характеристики				Наименование грунта по ГОСТ-25100-82	Из таблиц СНиП 2.02.01 – 83
	Плотность частиц, rS, г/см3	Плотность r, г/см3	Влажность w, в долях единицы	Граница текучести wL, %	Граница раскатываемости wP, %	Число пластичности IP, %	Показатель текучести IL, доли единиц	Коэффициент пористости е, доли единиц	Степень влажности Sr, доли единиц		Угол внутреннего трения j, град	Удельное сцепление С, кПа (кгс/см2)	Модуль деформации Е, МПа, (кгс/см2)	Расчетное сопротивление R0, кПа (кгс/см2)
2	2,66	2,00	0,25	0	0	-	-	0,662	1,0	Песек пылев. ср.пл.нас.водой	0	4,01	18,7	100
3	2,67	2,08	0,19	21	15	6	0,66	0,52	0,96	Супесь пластичная	27,5	17,1	25,6	300
4	2,74	2,01	0,27	44	24	20	0,15	0,73	1	Глина полутвёрдая	18,1	55,4	22,4	284
5	2,64	1,99	0,2	0	0	-	-	0,59	0,89	Песок ср.круп.ср.пл.нас.водой	0	1,75	35,4	400

2.  Фундаменты мелкого заложения

2.1. Выбор типа и конструкции фундаментов.

Назначение глубины заложения фундаментов

В соответствии с вариантом задания принимаем фундаменты под колонны стаканного типа, а также ленточные.

Расчетная глубина сезонного промерзания грунта определяется по формуле:

d_f = k_n×d_fn

где           k_n - коэффициент, учитывающий влияние теплового режима здания на глубину промерзания грунта у фундамента стены и колонн: принимается по таблице 1 [1] (k_n = 0,6);

d_fn – нормативная глубина сезонного промерзания грунта; берется по заданию

(d_fn = 2,2 м)

d_f = 0,6×2,2 = 1,32 м

В соответствии с вариантом задания имеет подвал глубиной 2,4 м, поэтому глубину заложения фундамента рассчитываем исходя из условия наличия подвала. Тогда минимальная глубина заложения фундамента от уровня планировки (учитывая