Классификация, определение нормативных и расчетных параметров грунтов основания.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Наименование грунта	zi	σzg,i	0,5* σzg,i	*	σzp,i	*	σzγ,i	σzp,i- σzγ,i	σzp,i- σzγ,i	hi	(σzp,i- σzγ,i)*Ei
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Крупнообломочный средней  степени  водонасыщенности h1=6м γII=19,3кН/м,  Е = 30МПа.	0,00	52	26	1	273,5		52	221,5	-
	0,54	62,4	31,2	0,960	262,6		60	202,6	212,05	0,54	0,0038
	1,08	72,8	36,4	0,8	218,8		58,2	160,6	181,6	0,54	0,00327
	1,62	83,2	41,6	0,606	165,7		50,4	115,3	137,95	0,54	0,00248
	2,16	93,6	46,8	0,449	122,8		42	80,8	98,05	0,54	0,00176
	2,7	104	52	0,336	91,9		34,9	57	68,9	0,54	0,00124
	3,24	114,4	57,2	0,257	<70,3		29,4	40,9	48,95	0,54	0,0008
Песчаный, малой  степени  водонасыщенности   h1=3,5м,  γII=18,9кН/м,  Е = 30МПа.	3,78	124,8	62,4>	0,201	55		25	30	35,45	0,54	0,00064
	4,32	135,2
	4,86	145,6
	5,4	156
	5,94	166,4
	6,48 7,02	176,8 187,2
Суглинок  тяжёлый  пылеватый  тугопластичный    IL=0,35  γII=19,8кН/м,  Е = 13МПа.	7,56	197,6
	8,1	208

 

 

 

 

 

Нижняя  граница  сжимаемой  толщи  на  уровне  Z=3.78,  где   0,5*

σzg,i  ≈ σzp,i    Толщина  сжимаемой  толщи  Hc=3.78 >Hmin=0.5b=1.35.

Расчетная  абсолютная осадка  основания  равна 

S=B ∑[( σzp,i – σzγ),]/Ei =  0,8*0,014=0,0112м

        Расчетная  абсолютная  осадка  основания  соседнего  фундамента  S2=0,08см ( 0,0008м)  и  расстояние  между  осями  соседних  фундаментов  L=12 м

Относительная  разность  осадок  равна  S =( S1 - S2)/L  = (0,0112 – 0,08)/12=0,00087.

Проверка  условия  по  деформациям:  1) По  абсолютным  осадкам  основания S = 0,0112м<Su = 0,20м; 2) по  относительным  осадкам

S =0,00087<Su=0,006.

Вывод:  условие  оценки  основания  по  деформациям  выполняются.

 

Раздел  №5.  «Устойчивость  склонов  и  откосов»

 

kst >   [kst]          kst – расчетное  значение  коэффициента  запаса  устойчивости;  [kst] – нормированное  значение  коэффициента  устойчивости  склона  (откоса).

              Природный  склон  осложнен  природным  глинистым  грунтом -  

γI = 16,5кН/м,  СI = 14,13кПа,  φI =20,87°.

Высота  склона  H= 28м,  угол  заложения  склона  * = 35°.

   

 

Определяем параметр:

 λ=16,5*28*0,38/14,13 = 12,47

 По графику Ямбу  определяются координаты центра тяжести вращения О:

хоН=0,12*28=3,36 м;  у0Н=1,75*28=49 м.

 

 Радиусом R=49,12 м из  центра О проводится поверхность скольжения . Радиус  R  поверхности скольжения определяется по расстоянию от центра вращения О до точки пересечения нижнего горизонта откоса и откосной линии.

 Оползневое тело (призма  обрушения) разбивается на ряд  блоков (не менее 5-ти).

 Определяется длина  поверхности скольжения в пределах  каждого блока li угол αi (по тангенсу угла наклона), а также Pi; Ni; Qi:

 

 

l1=8,08м 

α1=20 

S1= 21,56м2

P1=16,5*21,56*=355,74кН  

N1 =355,74*0,999=355,52кН

Q1=355,74*0,035=12,42кН;

 

l2=8,16м 

α2=110

S2= 8*(5,34+9,31)/2=58,6м2

P2=16,5*58,6=966,9кН  

N2=966,9*0,98=947,56кН  

Q2=966,9*0,19=183,71кН;

 

l3=8,6м  

α3=21о

S3=8*(9,31+11,9)/2=84,84м2 

P3=16,5*84,84=1399,9кН  

N3=1399,9*0,93=1301,9кН 

Q3=1399,9*0,34=476кН;

 

l4=9,4м 

α4=32о

S4=8*(11,9+13,64)/2=98,16м2  

P4=16,5*98,16=1619,64кН  

N4=1619,64*0,85=1373,53кН  

Q4=1619,64*0,53=858,23кН.

 

l5=10,96м  

α5=43о

S5=8*(12,64+10,69)/2=93,32м2 

P5=16,5*93,32=1539,78Кн  

N 5=1539,78*0,73=1126,12кН 

Q5=1539,78*0,68=1050,13кН;

 

L6=12,9м  

α6=57о

S6=12,9*10,69/2=68,95м2 

P6=16,5*68,95=1137,68кН 

N 6=1137,68*0,54=619,62кН 

Q6=1137,68*0,84=954,14кН.

 

 

kзап =

      kзап==

=0,85

 

    Коэффициентом запаса   kзап=0,85<1, из  чего  следует, что откос находится в не устойчивом состоянии.

Способы  повышения  устойчивости  откосов  и  склонов.

1. выполаживание или создание уступчатого профиля с образованием горизонтальных площадок (берм) по высоте откоса. Однако это всегда связано с увеличением объемов земляных работ.
2. закрепление поверхности откоса одерновкой, мощением камнем, укладкой бетонных или железобетонных плит.
3. пригрузка подошвы в его низовой части или устройство подпорной стенки, поддерживающей откос (при относительно небольшой высоте).   P.S.  Не  для  этого  случая,  Н=28м.

 

 

        Важнейшим мероприятием является регулирование гидрогеологического режима откоса или склона. С этой целью сток поверхностных вод перехватывается устройством нагорных канав, отведением воды с берм. Подземные воды, высачивающиеся на поверхности откоса или склона, перехватываются дренажными устройствами с отведением вод в специальную ливнесточную сеть.

               При необходимости разрабатываются сложные конструктивные мероприятия типа прорезания потенциально неустойчивого массива грунтов системой забивных или набивных свай, вертикальных шахт и горизонтальных штолен, заполненных бетоном и входящих в подстилающие неподвижные части массива. Используется также анкерное закрепление неустойчивых объемов грунта, часто во взаимодействии с подпорными стенками или свайными конструкциями.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

          Раздел  №6.  «Определение  давления  грунтов  на  ограждения  и  оценка  их  устойчивости»

  F<Fu

F – сдвигающая  сила,  равная  сумме  проекций  сдвигающих  сил  на  направление  возможного  сдвига.

Fu –  удерживающая  сила,  равная  сумме  проекций  удерживающих  сил на  направление  возможного  сдвига.

Расчёт  производится  в  двух  случаях: первый  случай – массив  грунта  подкреплённый  подпорной  стенкой,  сложен песчаным  грунтом

γI  = 15,75кН/м,  СI  = 4,13кПа,  φI  = 31,14°;

второй  глинистым  грунтом – γI  = 16,5кН/м,  СI = 14,13°кПа

φI  = 20,87°.

           

           Интенсивность  распределённой   поверхностной  нагрузки  на  верхней  горизонтальной   поверхности   грунта  равна.  q = 20кН/м.

         Геометрические  размеры  подпорной  стенки;  высота,  включающая  свободную  высоту  и  заглубление    H = h1+h2 = 6,0 + 1,5 = 7,5 м,  ширина 

b = 1,00м

        Для  подпорной  стенки,  взаимодействующей  с  массивом  песка  малой  степени  водонасыщения,  пылеватый,  плотный,  практически  непучинистый;  γI  = 15,75кН/м,  СI  = 4,13кПа,  φI  = 31,14°;

    Песок  несвязный  грунт,  по допущениям  принятой  методики  расчета  не  обладает  сцеплением СI = 0,0кПа.

       Коэффициенты  активного  и  пассивного  давления  для  песка  равны  соответственно:  γ* = tg2(45°- 0,5*φI) = tg2(45°-0,5*31,14°) =0,5642° = 0,3183;

  γp = tg2(45°+ 0,5*φI) = tg2(45°+0,5*31,14°) = 1,77252 = 3,1419.

Горизонтальные  составляющие  активного давления  по  высоте  подборной стенки Н:  на  поверхности  обратной  засыпки

 σ’ ha = γ**q = 0,3183*20=6,366кПа.≈6,5кПа.

На  уровне  низа  подпорной  стенки 

σ’’ ha = γ**(q+ γI*H) = 0,3183*(20+15,75*7,5) = 43,965кПа  ≈ 44кПа.

Горизонтальные  составляющие  пассивного  давления по  высоте  заглубленной  части  подпорной  стенки  h2;  на  поверхности  основания 

γI =0,00кПа;  на  уровне  низа  подпорной  стенки

σ’ hp = γp* γI* h2 = 3,1419*15,75*1,5 = 74,227кПа.

       Равнодействующая  активного  давления  со  стороны  обратной  засыпки  равна: Ea = 0,5*( σ’ ha + σ’’ ha)*H = 0,5*(6,5+44)*7,5 = 189,4кН/м.

Равнодействующая  пассивного  давления с  другой  стороны  от  засыпки  равна Ep = 0,5* σ’’ hp* h2 = 0,5*74,227*1,5 = 55,67кН/м.

         Усилие от  собственного  веса   одного  погонного  метра  подпорной  стенки: Q =γb*b*H = 25*1,0*7,5 = 187кН/м,  где γb =25кН/м – удельный  вес  бетона  стенки.

Площадь  прямоугольной  части  эпюры  горизонтального  активного  давления:  A1= σ’ ha*H =6,5*7,5 =48,75 м2.  То  же  для  треугольной  части  эпюры: :  A2=0,5( σ’’ ha - σ’ ha )*H =0,5*(44 – 6,5)*7,5 = 140,625м2.

Для прямоугольной  части  активной  горизонтальной  составляющей  нагрузки  плечо  равно  a1 = H/2 = 7,5/2 =3,75м.  Для  треугольной  части  этой  нагрузки  плечо  равно  a2 = H/2 = 7,5/3 =2,5м.  Для  равнодействующей   горизонтальной  силы  активного  давления  плечо  равно:

  аa= (a1*A1+ a2*A2)/( A1+ A2) = (3,75*78,75+2,5*140,625)/(48,75+140,625) =2,54м.

Для  треугольной  части  пассивной  горизонтальной  составляющей  нагрузки ap=h2/3 = 1,5/3 = 0,5м,  для  силы  собственного  веса  подпорной  стенки  Q  плечо  равно  aQ=b/2 = 1,0/2 =0,5м.

Коэффициент  трения  бетона  по  песку  k =0,40.

Оценка  устойчивости  против  плоского  сдвига: F =Ea = 189,4кН/м > Fu =Ep+Q*k =55,67+187*0,4 = 130,47кН/м.

Вывод  -  условия  устойчивости  против  плоского  сдвига  не  выполняются

Оценка  устойчивости  против  опрокидывания: M =Ea*aa = 189,4*2,54 = 481 кН/м > Mu = Ea*ap+Q*aQ = 130,47 *0,5+187*0,5 = 158,73кН/м.

Вывод  -  условия  устойчивости  против  опрокидывания  не  выполняются.

                 Для повышения устойчивости подпорных  стенок на сдвиг и опрокидывание  при их проектировании принимают  ряд конструктивных мероприятий:

• заднюю грань стенки проектируют с наклоном в сторону засыпки (для уменьшения давления засыпного грунта); 
• увеличивают шероховатость задней грани стенки, что также помогает уменьшить давление грунта засыпки на нее. Для этого грань делают неровной. В бетонных и железобетонных стенках смещают горизонтальные соседние доски опалубки на 5-10 см относительно друг друга. Делают небольшие сколы бетона.. В кирпичных и каменных стенах делают выступы кладочного материала;
• устраивают обязательный дренаж стенки (подробно будет изложено в следующей статье);

• с лицевой стороны стенки устраивается выступ - консоль. Это уменьшает вероятность опрокидывания стенки.

 

    Вариант  расчёта  №2  для  подпорной  стенки  взаимодействующей  с  массивом  супеси  пластинчатой   (LL=0,35) γI  = 16,5кН/м, СI = 14,13кПа,

φI = 20,87°

Коэффициенты  активного  и  пассивного  давления  для  песка  равны  соответственно:  γ* = tg2(45°- 0,5*φI) = tg2(45°-0,5*20,87°) =0,6892 = 0,4746;

  γp = tg2(45°+ 0,5*φI) = tg2(45°+0,5*20,87°) = 1,45152 =2,1068.

           Коэффициенты  характеризующие  прочность  супеси  для  активного  и  пассивного  давлений  соответственно  равны

k* =2,0* tg(45°- 0,5*φI) = 2,0*tg*(45°-0,5*20,87°) =2,0*0,6889 = 1,3779;

  kp =2,0* tg(45°+ 0,5*φI) = 2,0*tg*(45°+0,5*20,87°) = 2,0*1,4515 =2,903.

 

Горизонтальные  составляющие  активного давления  по  высоте  подборной стенки Н:  на уровне   поверхности  обратной  засыпки

 σ’ ha = γ**q – сI*ka = 0,4746*20 – 14,13*1,3779 = - 9,98кПа,   на  уровне  низа  подпорки  стенки  σ’’ ha = γ**(q +γI*H) - сI*ka = 0,4746*(20+16,5*7,5) – 14,13*1,3779 = 48,754кПа.

            Горизонтальные  составляющие  пассивного  давления по  высоте  заглубленной  части  подпорной  стенки  h2;  на  поверхности  основания 

σ’ hp =  сI*kр = 14,13*2,903 =41  кПа;  на  уровне  низа  подпорной  стенки

σ’’ hp = γp* γI* h2+ сI*kр = 2,1067*16,5*1,5+14,13*2,903 =52,143+41,16 =93,16 кПа.

           Глубина  обратной  засыпки,  в  пределах  которой, на  подпорную  стенку  не  действует  активное  боковое  давление  hc = (σ’ ha*H)/( σ’ ha+ σ’’ ha) = (-9,89*7,5)/(-9,89+48,754) = - 1,93м.

 

         Равнодействующая  активного  давления  со  стороны  обратной  засыпки  равна:

 Ea = 0,5*(H+hc)* σ’’ ha = 0,5*(7,5 – 1,93)*48,754 = 135,78 кН/м.

           Равнодействующая  пассивного  давления  с  другой  стороны  от  засыпки  равна Ep = 0,5*( σ’ hp + σ’’ hp)*h2 = 0,5*(41+93,16)*1,5 = 100,62кН/м.

            Усилие от  собственного  веса   одного  погонного  метра  подпорной  стенки: Q =γb*b*H*1,0 = 25*1,0*7,5*1,0 = 187кН/м,  где γb =25кН/м – удельный  вес  бетона  стенки.

Плечо  горизонтальной  силы  активного  давления aa = 0,3333*(H+hc) = 0,3333*(7,5 – 1,93) = 1,86м.

 

                Площадь  прямоугольной  части  эпюры  горизонтального  активного  давления:  A1= σ’ hp*h2 =41*1,5 =61,5 м2.  То  же  для  треугольной  части  эпюры: A2=0,5*( σ’’ hp - σ’ hp )*h2 =0,5*(93,16 – 41)*1,5 = =39,12м2.

Для прямоугольной  части  активной  горизонтальной  составляющей  нагрузки  плечо  равно  a1 = h2/2 = 1,5/2 =0,725м.  Для  треугольной  части  этой  нагрузки  плечо  равно  a2 = h2/3 = 1,5/3 =0,5м.  Для  равнодействующей   горизонтальной  силы  активного  давления  плечо  равно:

  аa= (a1*A1+ a2*A2)/( A1+ A2) = (0,725*61,5+0,5*39,12)/(61,5+39,12) =0,64м.

 

      Для  силы  собственного  веса  подпорной  стенки  Q  плечо  равно  aQ=b/2 = 1,0/2 =0,5м.

Коэффициент  трения  бетона  по  глинистому  грунту  k =0,30.

Оценка  устойчивости  против  плоского  сдвига: F =Ea = 135,78кН/м < Fu =Ep+Q*k =100,62+187*0,30 = 156,72кН/м.

Вывод  -  условия  устойчивости  против  плоского  сдвига  выполняются.

Оценка  устойчивости  против  опрокидывания: M =Ea*aa = 135,78*0,64 = 86,9 кН/м < Mu = Ea*ap+Q*aQ = 135,78 *0,5+187*0,5 = 161,39кН/м.

Вывод  -  условия  устойчивости  против  опрокидывания  выполняются.