Анализ инженерно-геологических условий и оценка строительных свойств грунтов
Цель проводимого анализа – установление закономерностей изменения сжимаемости и прочности грунтов по глубине, выбор несущих слоев грунта.
Сжимаемость оценивается по величине модуля деформации (Е0). В зависимости от нагрузок действующих на фундаменты, при Е0 = 5 …10 мПа – грунты следует относить к сильносжимаемым, при Е0 = 15 …20 мПа – к малосжимаемым. При промежуточных значениях Е0 основания имеют среднюю сжимаемость.
Общее представление о качестве грунта как основания дает его полное наименование по номенклатуре ГОСТ 25100-82. Для его установления используются значения коэффициента пористости (е), показателя текучести (ЈL) и степени влажности (Sr)(см. табл. 2).
Для песков следует уточнить название грунта по плотности (табл. 3), а также по степени влажности (Sr ≤ 0,5 – песок маловлажный, 0,5 < Sr ≤ 0,8 – водонасыщенный).
Классификация песков по плотности
Таблица 3
Вид песка: | Плотность сложения | ||
Плотный | Средней плотности | рыхлый | |
| е < 0,55 | 0,55 ≤ е ≤ 0,70 | е>0,70 |
| е < 0,55 | 0,60 ≤ е ≤ 0,75 | е>0,75 |
| е < 0,55 | 0,60 ≤ е ≤ 0,80 | е>0, 80 |
Для глинистых грунтов (суглинков, глин) их название уточняется по консистенции (показателю текучести ЈL):
§ твердые при ЈL < 0,
§ полутвердые при 0 ≤ ЈL ≤ 0,25,
§ тугопластичные при 0,25 < ЈL ≤ 0,50,
§ мягкопластичные при 0,50 < ЈL ≤ 0,75,
§ текучепластичные при 0,75 < ЈL ≤ 1
§ текучие при ЈL > 1.
Для супесей во всем интервале 0 ≤ ЈL ≤ 1 присваивается единое название супесь пластичная.
При строительной оценке следует учитывать, что рыхлые пески и глинистые грунты при ЈL > 0,80 относятся к слабым основаниям.
В конце данного раздела следует определить расчетные сопротивления (R0) всех слоев геологического разреза и поострить их эпюру. Величины условного расчётного давления R0 по СНиП 2.02.01-83* приведены в таблице 4 и таблице 5.
Величины условного расчётного давления R0 для песчаных грунтов
Таблица 4
Характеристика песка | R0 песка кПа | |
плотного | средней плотности | |
Гравелистый и крупный независимо от влажности | ||
Средней крупности: маловлажный влажный или водонасыщенный | ||
Мелкий: маловлажный влажный или водонасыщенный | ||
Пылеватый: маловлажный влажный водонасыщенный |
Величины условного расчётного давления R0 для пылевато - глинистых грунтов
Таблица 5
Пылевато - глинистые грунты | Коэффициент пористости е | R0 , кПа, при значении JL | |
Супеси | 0,5 | ||
0,7 | |||
Суглинки | 0,5 | ||
0,7 | |||
1,0 | |||
Глины | 0,5 | ||
0,6 | |||
0,8 | |||
1,1 |
Пример: Площадка строительства электровозного депо находится в г. Петрозаводске. При согласном залегании слоев порядок напластования указан в буровой колонке (рис. 16). Исходные характеристики грунтов приведены в табл. 6.
Рис. 16. Буровая колонка со схемой геологического напластования грунтов и с построенной эпюрой условного расчётного сопротивления основания (R0) по каждому слою грунта (см. ниже).
Характеристики грунтов для площадки строительства
Электровозного депо
Таблица 6
Название грунта | γS , кН/м3 | γ, кН/м3 | ω | ωр | ωL | Е0, мПа | φ°II | СII , кПа | e | JL | Sr |
Насыпной | - | 16,5 | - | - | - | - | - | - | - | - | - |
Песок мелкий | 26,4 | 19,4 | 0,25 | - | - | 0,70 | - | 0,96 | |||
Суглинок | 26,8 | 19,8 | 0,22 | 0,19 | 0,27 | 0,65 | 0,38 | 0,93 | |||
Глина | 27,6 | 19,8 | 0,23 | 0,20 | 0,41 | 0,72 | 0,14 | 0,90 |
Анализируя инженерно-геологические условия площадки строительства, с расчётными характеристиками, представленными изыскателями, можно сделать следующие выводы:
1. Насыпной грунт имеет малую мощность, низкие расчётные характеристики (часто не определяемые изыскателями) и не может служить основанием.
2. Грунт 2-го слоя: мелкий песок, мощность 2,3 м. По табл. 3 и приведенным выше классификациям по (е, Sr и Е0) уточняем полное наименование грунта: песок мелкий, средней плотности, водонасыщенный, малосжимаемый. По табл. 4 определяем условное расчетное (давление) сопротивление: R0 = 200 кПа.
3. Третий слой – суглинок. Мощность слоя 3,9 м, е = 0,65, JL = 0,38, суглинок тугопластичной консистенции, средней сжимаемости (Е0 = 19 МПа, фундаменты тяжелонагруженные), условное расчетное (давление) сопротивление: по табл. 5 R0 = 275 кПа (по интерполяции).
4. Четвёртый слой – глина, е = 0,72, JL = 0,14. Глина полутвердой консистенции, малосжимаемая, условное расчетное (давление) сопротивление: по табл. 5 R0 = 360 кПа.
Таким образом, все грунты, залегающие ниже насыпного слоя, обладают небольшой сжимаемостью и значительной прочностью, причем последняя нарастает с глубиной (эпюра R0, рис.16). В качестве несущего слоя для фундаментов на естественном основании могут служить мелкий песок или суглинок; для свайных фундаментов – полутвердая глина. Песок является водоносным слоем (У.Г.В. на глубине 2,4 м), поэтому опирание подошвы фундаментов на суглинок потребует работ по водоотливу.
Анализ инженерно-геологических условий площадки строительства может быть выполнен не только с помощью таблиц и ручной интерполяции по вычислению R0, но и с помощью программного обеспечения, с использованием программы «GRUNT»: «Использование программного обеспечения в курсе механики грунтов, оснований и фундаментов», разработанной на кафедре «Основания и фундаменты» (см. сайт www.buildcalc.ru) [13].
Результаты такого программного расчёта в качестве примера в соответствии с рассматриваемыми исходными данными (см. выше), представлены в таблице 7. Не трудно заметить, что такое программное решение позволяет автоматически вычислить величины расчётного сопротивления R0 каждого из рассматриваемых слоёв грунта. В рассматриваемом примере были получены следующие значения:
§ Для песка мелкого R0=200 кПа;
§ Для суглинка тугопластичного R0=281 кПа;
§ Для глины полутвёрдой R0=365 кПа;