ІІІ. Вказівки з розрахунку осадки фундаменту

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ВІННИЦЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ

УНІВЕРСИТЕТ

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до самостійної роботи і контрольні завдання з дисципліни

“Механіка грунтів, підвалини та фундаменти”

для студентів бакалаврського напрямку: 6.0921“Будівництво”

Та спеціальності 7.092601

“Теплогазопостачання, вентиляцiя i охорона повiтряного басейну”

заочної форми навчання

Вінниця ВДТУ 2000р.

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ВІННИЦЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ

УНІВЕРСИТЕТ

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до самостійної роботи і контрольні завдання з дисципліни

“Механіка грунтів, підвалини та фундаменти”

для студентів бакалаврського напрямку: 6.0921“Будівництво”

Та спеціальності 7.092601

“Теплогазопостачання, вентиляцiя i охорона повiтряного басейну”

заочної форми навчання

Всі цитати, цифровий, фактичний Вимогам, які пред’являються до

матеріал та бібліографічні інструктивно-методичної

відомості перевірені, літератури відповідає.

написання одиниць До друку і в світ дозволяю

відповідає стандартам. На основі § 2 п.15 “Єдиних

Зауваження рецензентів враховані правил......

Автор: І.В.Маєвська Проректор з навчальноі та

Науково-методичноі роботи

______________ В.О.Леонтьєв

Затверджено на засіданні

Кафедри ПЦБ

Протокол № від 2000р.

Зав. кафедрою, проф.

______________ В.Д.Свердлов

Вінниця ВДТУ 2000р.

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до самостійної роботи і контрольні завдання з дисципліни

“Механіка грунтів, підвалини та фундаменти”

для студентів бакалаврського напрямку: 6.0921“Будівництво”

Та спеціальності 7.092601

“Теплогазопостачання, вентиляцiя i охорона повiтряного басейну”

заочної форми навчання

ЗАТВЕРДЖЕНО

На засіданні кафедри Промислового

та цивільного будівництва

Протокол № ___від “___” ________ 2000 р.

Вінниця ВДТУ 2000 р.

Методичні вказівки до самостійної роботи і контрольні завдання з дисципліни “Механіка грунтів, підвалини та фундаменти” для студентів бакалаврського напрямку 6.0921 “Будівництво” та спеціальності 7.092601 “Теплогазопостачання, вентиляція і охорона повітряного басейну” заочної форми навчання (Уклад. І.В.Маєвська – Вінниця, ВДТУ, 2000 – с.Укр. мовою).

В методичних вказівках наведені рекомендації до самостійної проробки студентами-заочниками матеріалу по курсу “Механіка грунтів, підвалини та фундаменти”. Приводяться контрольні завдання для виконання контрольної роботи, що містить теоретичну і розрахунково-графічну частину. Наведений порядок виконання контрольних завдань з посиланням на необхідні літературні джерела, правила оформлення роботи і приклад розрахунку.

УКЛАДАЧ: МАЄВСЬКА Ірина Вікторівна

В С Т У П

Будь-яке нове будівництво, а також реконструкція існуючої забудови потребує детального вивчення грунтів будівельного майданчику, а також прийняття економічного і технологічного рішення з улаштування або посилення фундаментів.

Будівництво великих і важких споруд, що передають на основу значні навантаження, а також все більш часте використання під забудову територій з несприятливими гідро-геологічними умовами потребує від будівельників знань і навичок в галузі фундаментобудування.

Фундаменти складають значну долю як в загальній вартості будівельно монтажних робіт (від 5-10% до 20%), так і в загальних витратах залізобетону на будівлю або споруду (15-20% для промислових об’єктів), що свідчить про важливість економічного аспекту при їх проектуванні.

Проектування основ і фундаментів будь-якого об’єкту виконується з урахуванням особливостей будівельного майданчику, конструктивного рішення надфундаментної частини будівлі, експлуатаційних вимог до об’єкту.

У результаті проектування і улаштування основ і фундаментів є комплексною і складною задачею, для рішення якої фахівець повинен володіти необхідними знаннями за такими дисциплінами:

- інженерна геологія – встановлення обсягу і складу інженерно-геологічних вишукувань, аналіз їх результатів з метою оцінки особливостей будівельного майданчику на момент будівництва і встановлення можливостей змінення геологічних умов під час зведення і експлуатації будівель і споруд;

- механіка грунтів – оцінка умов роботи грунтів в грунтовому масиві, знання особливостей і умов застосування існуючих розрахункових моделей і рішень для визначення деформівності і міцності основ, вибір методу розрахунку, що найбільш повно відповідає задачі, що стоїть перед проектувальником;

- основи і фундаменти – вибір найбільш економічно- і технічно обгрунтованого типу основ і конструкцій фундаментів і їх розрахунок.

В результаті вивчення курсу студент має знати:

- фізико-механічні властивості грунтів будівельних майданчиків:

- інженерно-геологічні процеси і природні геологічні процеси, які впливають на властивості грунтів і можуть погіршити умови експлуатації споруд:

- методи визначення фізичних і механічних властивостей грунтів;

- методи розрахунку основ і фундаментів за деформаціями і несучою здатністю;

- методи улаштування основ і фундаментів;

- методи покращення (ущільнення і закріплення) основ.

Студент має вміти:

- оцінювати результати інженерно-геологічних вишукувань;

- виконувати розрахунки основ і фундаментів за двома групами граничних станів;

- оцінювати раціональність прийнятого конструктивного рішення фундаменту;

- виконувати техніко-економічне порівняння варіантів фундаментів.

Студенти-заочники самостійно вивчають курс “Механіка грунтів, основи і фундаменти” у дев’ятому і десятому навчальних семестрах. Програма курсу містить:

1. Теоретичний матеріал, що вивчається студентами самостійно у відповідності з методичними вказівками і лекціями, які читаються під час установчої сесії.

2. Лабораторні роботи і практичні заняття, що проводяться за період установчої сесії під керівництвом викладача.

3. Контрольну роботу, що виконується у ІХ семестрі у відповідності з викладеними нижче вимогами, і заздалегідь надсилається до університету для рецензування.

4. Курсовий проект, що виконується у Х семестрі, і також надсилається для рецензування.

Студенти, які виконали на відповідному рівні контрольну роботу і лабораторні роботи, у ІХ семестрі здають залік з теоретичного матеріалу по дисципліні “Механіка грунтів, основи і фундаменти”, а в наступному, Х семестрі, здають курсовий проект і іспит по курсу “Проектування фундаментів”, який включає і питання механіки грунтів і інженерної геології, що вивчались у ІХ семестрі.

ЛІТЕРАТУРА:

1. ЗОЦЕНКО М.Л. та ін. Інженерна геологія. Механіка грунтів, основи і фундаменти: Підручник – К.: Вища школа, 1992 – 408 с.

2. ДАЛМАТОВ Б.И. Механика грунтов, основания и фундаменты. М., Стройиздат, 1981.- 319с.

3. ЦЫТОВИЧ Н.А. Механика грунтов М., Высшая школа, 1979.

4. ШВЕЦОВ Г.И. Инженерная геология, механика грунтов, основания и фундаменты. М, Высшая школа, 1987.-168с.

5. ШВЕЦОВ Г.И. и др. Основания и фундаменты. Справочник. М, Высшая школа, 1991,-383с.

6. Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений

( к СниП 2.02.01-83) М, Стройиздат, 1986,-415с.

7. СниП 2.02.03-85 Свайные фундаменты, М, 1986.

І. Методичні вказівки з вивчення теоретичних роздiлів

дисципліни “Механіка грунтів, основи і фундаменти”

Для самостійного вивчення теоретичного матеріалу за літературними джерелами нижче приведена програма курсу, короткі методичні вказівки і контрольні питання для самопідготовки, які є одночасно питаннями для заліку з дисципліни у ІХ семестрі.

Тема І. Класифікація грунтів, їх фізико-механічні

характеристики. Інженерно-геологічні вишукування.

Гірські породи як грунти. Природа грунтів, їх склад. Відмінності між сипучими і зв’язними грунтами.

Фізичні характеристики грунтів, методи їх визначення. Будівельна класифікація грунтів. Особливо виділені типи грунтів: леси, мули, торфи і заторфовані грунти, їх властивості. Інженерно-геологічні вишукування, їх організація, склад і обсяг. Польові методи визначення механічних властивостей грунтів.

Перша тема включає питання окремого розділу Інженерної геології, який носить назву “грунтознавство”. Вона вивчає природний стан грунтів, властивості, притаманні їм в природі. Основні поняття грунтознавства закладають основу для подальшого вивчення курсу. Знання назв грунтів, кількостних показників їх властивостей є обов’язковим при проектуванні і будівництві фундаментів.

Література: [ 1 – 4,6].

Контрольні запитання:

1. Склад грунтів. Сипучі і зв’язні грунти, відмінності між ними. Природа зв’язності грунтів.

2. Види води у грунтах (хімічно- і фізично зв’язана вода, вільна вода, капілярна вода). Класифікація вільної води за розташуванням у масиві грунту (види підземних вод).

3. Фізичні характеристики грунтів, способи їх визначення, межі змінення.

4. Будiвельна класифiкацiя грунтiв.

5. Особливо виділені типи грунтів: леси, мули, торфи і заторфовані грунти, їх властивості.

6. Етапи, склад і обсяг інженерно-геологічних вишукувань.

7. Види гірських виробок. Глибина і частота проходження гірських виробок.

8. Вплив різних факторів на обсяг і зміст інженерно-геологічних вишукувань (особливості грунтових умов, тип фундаментів, ступінь відповідальності споруд, конструктивні особливості споруд).

9. Визначення модуля деформації грунтів в польових умовах (випробування штампом, пресіометром, статичне і динамічне зондування).

10. Визначення характеристик міцності грунтів в польових умовах (випробування на зріз в спеціальних обоймах, метод обертального зрізу (крильчатка), статичне і динамічне зондування).

Тема 2. Природні і інженерно-геологічні процеси

Вивітрювання і геологічна діяльність вітру. Геологічна діяльність текучих вод. Геологічна діяльність морів, озер і боліт. Геологічна робота льодовиків. Особливості інженерно-геологічних процесів. Просадочні явища в лесових грунтах. Усадка і набухання глинистих грунтів. Суфозія і карст. Зсувні явища.

Властивості грунтів змінюються протягом часу під впливом енергії Землі або Сонця (природні геологічні процеси) або можуть відбуватись при участі людини (інженерно-геологічні процеси). Інженерно-геологічні процеси відбуваються в породах певного складу і походження на відміну від природних, що відбуваються в будь-яких породах. Природні геологічні процеси необхідно розглядати за схемою: руйнування-перенесення-відклади. Особливу увагу приділити будівельним властивостям грунтів різного походження (наприклад: еолові піски значно відрізняються за властивостями від алювіальних).

Література: [1, 4]

Контрольні запитання:

1. Вивітрювання, його види, будівельні властивості елювія.

2. Геологічна діяльність вітру. Еолові відклади.

3. Геологічна діяльність текучих (делювіальних) вод. Боротьба з ерозією. Властивості делювія, пролювія.

4. Геологічна діяльність рік і струмків (алювіальних вод). Типи річкових долин, види алювія.

5. Геологічна діяльність морів, озер і боліт. Морська абразія, захист берегів, види морських відкладів. Відклади озер і боліт, їх властивості.

6. Геологічна робота льодовиків. Льодовикові (моренні) і водно-льодовикові (флювіо-гляціальні) відклади.

7. Інженерно-геологічні процеси, їх особливості і основні види.

8. Просадочні явища в лесових грунтах. Склад і ознаки просадочних грунтів, причини просадочності.

9. Показники просадочності, способи їх визначення, призначення.

10. Усадка і набухання глинистих грунтів, показники набухання i усадки.

11. Суфозія і карст. Заходи по боротьбі з суфозією.

12. Зсувні явища, їх причини. Можливі форми втрати стійкості укосів і схилів.

Тема 3. Основні закономірності механіки грунтів

Основні закономірності механіки грунтів і показники механічних властивостей грунтів. Закон ущільнення, закон лінійної деформівності, їх використання в рішенні задач механіки грунтів.

Ця тема є основою всього подальшого курсу, тому необхідно добре засвоїти матеріал, що вивчається, звернувши увагу на специфіку властивостей грунтів як дисперсних тіл у порівнянні з твердими конструкційними матеріалами. Обов’язковим є знання механічних характеристик грунтів (характеристик міцності і деформівності), їх фізичної суті і області використання.

Література: [1 – 4].

Контрольні запитання.

1. Стисливість грунтів, способи випробувань на стисливість, методика компресійних випробувань.

2. Компресійна крива, її види. Закон ущільнення.

3. Назвіть характиристики стисливості грунтів, їх геометричний і фізичний смисл, призначення.

4. Чим обумовлена водопроникність грунтів? Закон фільтрації для сипучих і зв”язних грунтів. Коефіцієнт фільтрації.

5. Як відбувається руйнування грунтів? Які фактори визначають опір зсуву піщаних і глинистих грунтів?

6. Опишіть методику випробувань грунтів на зсув у різних приладах.

7. Закон Кулона для піщаних і глинистих грунтів. Характеристики міцності грунтів.

8. Випробування грунтів на зсув при трьохосному стисненні, обробка результатів випробувань за теорією міцності Мора.

9. Умови граничної рівноваги для сипучих і зв’язних грунтів.

10. Структурно-фазова деформівність грунтів. У чому полягає принцип лінійної деформівностi і як він використовується в механіці грунтів.

11. Що таке модуль деформації грунтів? Як він визначається за результатами компресійних і штампових випробувань? Відміна модуля деформації грунтів від модуля пружності.

Тема 4. Розподіл напруг у грунтах

Напруги у грунтах від дії зосередженої сили, прикладеної до поверхні лінійно-деформівного напівпростору. Розподіл напруг в випадку плоскої задачі. Дія рівномірно розподіленого навантаження. Метод кутових точок. Контактна задача (розподіл напруг по підошві фундаментів). Розподіл напруг від власної ваги грунту.

При вивченні даної теми слід звернути увагу на закономірності розподiлу напруг по глибині і в радіальному напрямку від зосередженої сили на поверхні і виконати їх аналіз. Не менш важливі лінії рівних вертикальних і горизонтальних нормальних напруг, а також дотичних напруг, одержаних на основі рішення плоскої задачі. При вивченні контактної задачі звернути увагу на різницю епюри контактних наапруг для жорсткого і гнучкого фундаментів. При вивченні епюри напруг від власної ваги грунту уявити вплив на її форму зміни шарів грунту, рівня підземних вод і розташування водоупорного шару.

Література: [1 – 3].

Контрольні запитання:

1. Основні спрощення і передумови, які вводяться при визначенні напруг в грунтовому масиві. Які обмеження вводяться на навантаження при визначеннi напруг у грунтах.

2. Задача Бусінеска (напруги в грунті від зосередженої сили). Розподіл вертикальних нормальних напруг від зосередженої сили по глибині і в плані.

3. Визначення напруг в грунті від суми зосереджених сил, від дії будь-якого розподіленого навантаження.

4. Визначення нормальних вертикальних напруг під центром і під кутом прямокутної рівномірно завантаженої площі. Метод кутових точок, для чого він використовується?.

5. Наведіть залежності для визначення напруг в випадку плоскої задачі. Виконайте їх короткий аналіз. Що таке головні напруги?

6. Лінії рівних напруг в грунті для плоскої задачі, їх аналіз з точки зору їх впливу на роботу фундаменту і його основи.

7. Як розподіляються контактні напруги (контактний тиск) по підошві жорстких і гнучких фундаментів. Які ще фактори впливають на форму епюри контактних напруг?

8. Як розподіляються напруги від власної ваги грунту з урахуванням різних факторів?

9. Вплив розмірів підошви і неоднорідності грунтів на розподіл напруг від зовнішнього навантаження.

Тема 5. Деформації грунтів і прогноз осадок

Фундаментів

Види деформацій грунтів і причини, що їх обумовлюють. Методи визначення пружніх деформацій грунтів. Осадка шару грунту при суцільному навантаженні. Визначення осадок фундаментів за методом пошарового підсумовування, за методом лінійно-деформівного шару. Причини нерівномірних деформацій будівель і споруд.

Ця тема включає питання розрахунку основ за другою групою граничних станів (за деформаціями). Методи розрахунку осадок фундаментів з урахуванням гранично-допустимих переміщень були вперше розроблені і впроваджені у практику радянськими вченими. Застосування цього підходу дозволяє одержати економічні і надійні проектні рішення фундаментів. В зв’язку з цим для інженера важливо знати методи розрахунку осадок фундаментів, область їх раціонального застосування.

Література: [1 – 6 ].

Контрольні запитання:

1. Опишіть види деформацій грунтів і параметри, якими характеризуються деформації згідно до діючих норм [ 6 ].

2. Фактори, що впливають на величину осадок основи: величина навантаження; вид грунту основи; глибина закладення фундаменту; умови завантаження; розмір завантаженої площі. Опишіть характер впливу.

3. Методи визначення пружніх деформацій основи (метод загальних і метод місцевих пружніх деформацій).

4. Осадка шару грунту при суцільному навантаженні.

5. Розрахункові схеми грунту, що прийняті нормами для розрахунку осадок. Область їх застосування.

6. Методика визначення осадок методом пошарового підсумовування. Поняття додаткового тиску і товщі, яка стискається.

7. Передумови і обмеження методу пошарового підсумовування.

8. Як визначити осадку за методом лінійно-деформівного шару?

9. Причини нерівномірних деформацій будівель і споруд.

Тема 6. Теорія граничного напруженого стану грунтів і

область її застосування

Особливості роботи грунтів основи за даними їх випробувань штампами. Графік залежності осадки штампа від навантаження. Фази напруженого стану грунтів при безперервному зростанні навантаження. Лінії ковзання. Умови граничної рівноваги в точці і в усьому масиві грунту. Критичні навантаження на грунт. Початкове критичне навантаження на грунт, його зв’язок з розрахунковим опором грунту основи за нормами [ 6 ]. Граничне критичне навантаження на грунт, його визначення за СНиП 2.02.01 – 83 [ 6 ].

Як відомо, розрахунок більшості будівельних конструкцій, в тому числі фундаментів і основ, виконується за двома групами граничних станів. В зв’язку з цим для майбутньої професійної діяльності інженера-будівельника важливо знати і розуміти теоретичні основи розрахунку основ за першою групою граничних станів, за несучою спроможністю і стійкістю, а саме: процеси, що відбуваються у грунтах при зростанні навантаження до значення граничного критичного, основи теорії граничної рівноваги грунтів і її застосування до питань несучої спроможності основ, стійкості укосів і тиску грунтів на огородження.

Література: [ 1 - 4 ].

Контрольні запитання:

1. Опишіть процес зростання навантаження на фундамент за допомогою графіка “навантаження-осадка”. Взаємозв’язок графіку з початковим критичним і граничним критичним навантаженнями, розрахунковим опором грунту основи.

2. Лінії ковзання. Вивчення процесу руйнування грунту за допомогою метода фотофіксації. Можлива форма ліній ковзання.

3. Умови граничної рівноваги грунту в точці, кут між головними нормальними напруженнями і площадками ковзання.

4. Початкове критичне навантаження на грунт. Формула Пузиревського, її передумови.

5. Наведіть формулу для визначення розрахункового опору грунту основи. Які фактори впливають на його величину, зв’язок розрахункового опору і початкового критичного тиску на грунт.

6. Граничне критичне навантаження на грунт, визначення його інтегральними (наближеними) і диференціальними (строгими) методами.

7. Визначення граничного опору грунту за СНиП 2.02.01 – 83 [ 6 ].

Тема 7. Визначення розмірів підошви фундаментів

мілкого закладення

Принципи розрахунку основ і фундаментів. Вибір глибини закладення фундаментів. Епюри тиску під підошвою жорсткого фундаменту мілкого закладення при різних видах навантаження. Визначення розмірів підошви центрально навантаженого фундаменту. Визначення розмірів підошви позацентрово навантаженого фундаменту.

Потрібно уявити, що розрахунок основи фундаментів мілкого закладення (результатом якого є визначення розмірів підошви фундаменту) є у більшості випадків розрахунком за другою групою граничних станів, основною умовою якого є умова неперевищення деформацією (осадкою) фундаменту гранично допустимого значення: S < = S_u. Обмеження тиску по підошві фундаменту, р, величиною розрахункового опору грунту основи, R, тобто умовою р < = R, служить для забезпечення лінійного характеру залежності деформацій грунту від навантажень. Таким чином забезпечується робота грунту під навантаженням в першій фазі, фазі ущільнення, що дозволяє скористатись відомими методами розрахунку осадок.

При незначному перевищенні тиском по підошві значення R (p>R) не виникає руйнування грунту, але його деформації можуть непрогнозовано збільшитись, що призведе до руйнування надфундаментної споруди.

Література: [1, 2, 4 - 6].

Контрольні запитання:

1.Основні принципи проектування і розрахунку основ і фундаментів.

2.Який фундамент відноситься до фундаментів мілкого закладення, які з них можна вважати при розрахунках основ жорсткими? Як це впливає на форму епюри контактних напружень під підошвою фундаменту?

3.Як вибирається глибина закладення фундаменту?

4.Що таке умовний розрахунковий опір грунту основи? Як він визначається і для чого використовується?

5.Порядок розрахунку розмірів підошви центрально навантаженого фундаменту мілкого закладення.

6.Порядок розрахунку позацентрово-навантаженого фундаменту мілкого закладення.

Тема 8. Палі і пальові фундаменти.

Поняття про пальовий фундамент, область його застосування. Класифікація паль і пальових фундаментів. Визначення несучої спроможності забивної висячої палі. Визначення несучої спроможності палі-стояка.

Пальові фундаменти, також як і фундаменти мілкого закладення, відносяться в нашій країні до традиційного і широко розповсюдженого типу фундаментів. Паля, на відміну від фундаменту мілкого закладення, є фундаментом глибокого закладення, який при улаштуванні не потребує відкопування грунту, не погіршує його властивостей, завдяки чому може працювати не тільки своєю підошвою, а і боковою поверхнею. Основа паль розраховується як за першою групою граничних станів, так і за другою.

Література: [1, 2, 4, 5, 7].

Контрольні запитання:

1.Область застосування пальових фундаментів. Матеріали для паль. Види готових (збірних) залізобетонних паль.

2.Класифікація паль і пальових фундаментів.

3.Бурові палі, їх види. Способи підвищення несучої спроможності бурових паль.

4.Визначення несучої спроможності палі-стояка:

а) забивної;

б) бурової.

5.Визначення несучої спроможності забивної висячої палі.

6.Визначення несучої спроможності набивних висячих паль різних типів.

ІІ. Вказівки з виконання контрольної роботи.

Студент-заочник має самостійно вивчити теоретичний матеріал у відповідності з цими методичними вказівками в обсязі, що передбачений програмою, і виконати своєчасно контрольну роботу.

До екзаменаційної сесії допускаються студенти, які успішно і своєчасно (з урахуванням можливого допрацювання) виконали контрольну роботу, що складається з письмового і розрахунково-графічного завдань.

Кожен варіант письмового завдання складається з відповідей на 8 запитань (по одному з кожної теми). Номера тем і запитань до них приведені в таблиці 1.

Письмові відповіді на запитання необхідно приводити в короткій формі, найбільш близької до суті питання. При цьому необхідно проявити самостійну оцінку матеріалу, що вивчається, його практичну цінність в інженерній діяльності.

Розрахунково-графічна частина завдання за кожним варіантом складається з трьох задач:

- визначення осадки фундаменту методом пошарового підсумовування;

- визначення розмірів підошви фундаменту мілкого закладання під колону або стіну;

- визначення несучої спроможності забивної висячої палі.

Вказівки щодо виконання розрахунково-графічної частини у розділах

ІІІ-V.

Запитання до контрольної роботи

Таблиця 1