Инженерно – геологические условия площадки строительства

Состав и объем курсового проекта

Курсовой проект состоит из расчетно-пояснительной записки объемом 70-80 машинописных листов и графической части, выполняемой на 1 листе формата А1 (штамп графического листа приведен на рис. 1а).

Порядок выполнения расчетно-пояснительной записки курсового проекта производится в следующем порядке:

Введение.

1.1. Приводятся сведения о вечномерзлых грунтах и принципах их использования в качестве основания фундаментов зданий и сооружений.

1.2. Составляется краткая характеристика района строительства, приводятся климатологические данные.

1.3. Кратко описываются конструктивные решения и используемые материалы для строительства здания.

Инженерно – геологические условия площадки строительства.

2.1. Выполнение дополнительных физических характеристик грунтов.

2.2. Назначение теплофизических характеристик.

2.3. Составление паспорта скважины по полученным данным.

3. Составление плана фундаментов. Сбор нагрузок.

3.1. Составление плана фундаментов.

3.2. Выбор грузовых площадок под средний, крайний и угловой фундаменты.

3.3. Сбор нагрузок.

Расчет нормативных глубин сезонного оттаивания и промерзания.

4.1. Определение нормативной и расчетной глубины сезонного оттаивания.

4.2. Определение нормативной глубины сезонного промерзания.

4.3. Выводы.

5. Расчет фундаментов при использовании вечномерзлых грунтов в качестве основания по Ι принципу.

5.1. Выбор типа, размеров свайного фундамента и способа его установки.

5.2. Составление расчетной схемы основания свайного фундамента.

5.3. Вычисление расчетных температур по глубине заделки сваи в вечномерзлый грунт.

5.4. Определение несущей способности основания свайного фундамента и сравнение с расчетной нагрузкой.

5.5. Проверка устойчивости свайного фундамента на действие сил морозного пучения.

5.6. Выводы.

6. Расчет фундаментов при использовании вечномерзлых грунтов в качестве основания по ΙΙ принципу.

6.1. Расчет глубины оттаивания под серединой и под краем здания за проектный период эксплуатации.

6.2. Определение расчетной глубины сезонного промерзания, назначение глубины заложения столбчатого фундамента.

6.3. Предварительный и окончательный подбор размеров подошвы фундамента.

6.4. Расчет осадки фундамента за весь период эксплуатации здания. Сравнение с предельно допустимым значением осадки.

6.6. Выводы.

Заключение.

Все расчеты в расчетно-пояснительной записке сопровождаются рабочими чертежами, схемами. В начале записки помещают оглавление с перечислением разделов курсового проекта с их нумерацией. В конце расчетно-пояснительной записки описывают технологию возведения фундаментов и приводят библиографический список. Листы текста должны иметь сквозную нумерацию (рис. 1б).

Чертеж должен содержать:

-план строительной площадки с указанием расположения на нем сооружения, колонок скважин и линии построенных литологических разрезов (М 1:500, М 1:1000);

-колонку скважины с указанием геологического строения грунтов;

-расчетные схемы по несущей способности вечномерзлых грунтов основания свайных фундаментов с эпюрами распределения расчетных температур по глубине заделки свай в вечномерзлый грунт и расчетных сопротивлений мерзлого грунта сдвигу по поверхности смерзания;

-расчетные схемы по устойчивости фундаментов на действие сил морозного пучения;

-эпюру распределения напряжений от собственного веса грунта по глубине оттаявшей толщи;

-план фундаментов при использовании вечномерзлых грунтов по Ι принципу (свайное поле);

-план фундаментов при использовании вечномерзлых грунтов по ΙΙ принципу (столбчатые фундаменты);

-разрезы по плану свайных и столбчатых фундаментов с отметками от чистого пола первого этажа до острия сваи и подошвы фундамента;

-узлы сопряжения надземных конструкций с фундаментами (не менее 2-х);

-динамику развития чаши оттаивания под зданием по годам за весь срок эксплуатации;

-устройство температурной трубки;

-примечания.

При выполнении чертежей следует руководствоваться государственными стандартами (ГОСТ): «Система проектной документации для строительства» (СПДС), «Единая система конструкторской документации» (ЕСКД), соответствующими строительными нормами и инструкциями (СН), строительными нормами и правилами (СНиП) и др.

 

 

Краткие указания по выполнению курсового проекта

Настоящие указания составлены в соответствии с порядком выполнения проекта, дают краткие пояснения и ссылку на литературу, приведенную в указаниях.

Введение

2.1.1. Привести краткие сведения о вечномерзлых грунтах: районы их расположения, типы по мощности залегания, площадям, по температурным факторам, по сжимаемости и принципах их использования в качестве основания фундаментов зданий и сооружений.

2.1.2. По данным СП 131.13330.2012 «Строительная климатология» для заданного района строительства подбираются все климатологические характеристики:

-среднегодовая температура воздуха, °С;

-средняя температура воздуха за период с положительными температурами, °С;

- температура воздуха за период с отрицательными температурами, °С;

- продолжительность периода с положительными температурами, час;

- продолжительность периода с отрицательными температурами, час;

-средняя скорость ветра, м/сек.

2.1.3. В соответствии с выданным заданием по краткой характеристике здания приводится сведения о размерах здания; этажности; конструктивной схеме; материалах конструкций, полов, утеплителя; толщине наружных и внутренних стен, перегородок.

Состав перекрытий и стен принимаются условно, но с учетом района строительства.

 

 

Инженерно – геологические условия площадки строительства

2.2.1. Для каждого инженерно-геологического элемента колонки скважины определяются следующие расчетные характеристики грунтов, используя данные лабораторных исследований физических свойств, приведенных в Приложении 1:

1) Суммарная влажность, д.е. (определяется по ГОСТ 5180)

W_tot=W_w+W_ic+W_i

где W_w, W_ic и W_i - влажности мерзлого грунта соответственно за счет незамерзшой воды, за счет порового льда и за счет ледяных включений.

2) Суммарная льдистость мерзлого грунта, д.е. (по формуле А.10 ГОСТ 25100-95 «Грунты. Классификация»)

I_tot=I_ic+I_i

где I_ic и I_i - льдистость мерзлого грунта соответственно за счет порового льда и за счет ледяных включений.

Примечание: По льдистости за счет видимых ледяных включений i_i, грунты необходимо подразделить согласно табл. Б.29 ГОСТ 25100-95 «Грунты. Классификация» (см. табл.2.1).

Таблица 2.1.

Разновидность грунтов по льдистости

Разновидность грунтов	Льдистость за счет видимых ледяных включений ii, д.е.
Скальные и полускальные грунты	Дисперсные грунты
Слабольдистый	< 0,01	< 0,20
Льдистый	0,01-0,05	0,20-0,40
Сильнольдистый	> 0,05	0,40-0,60
Очень сильнольдистый	-	0,60-0,90

3) Плотность грунта в сухом состоянии, г/см³ (по формуле А.2 ГОСТ 25100-95 «Грунты. Классификация»)

ρ_d=ρ/(1+ W_tot)

где ρ - плотность грунта.

4) Число пластичности, д.е. (определяется по ГОСТ 5180)

I_p=W_L-W_p

где W_L и W_p - влажности соответственно на границах текучести и раскатывания.

Примечание: По полученным значениям числа пластичности необходимо глинистые грунты подразделить согласно табл. Б.12 ГОСТ 25100-95 «Грунты. Классификация» (см. табл.2.2). Подвид глинистых грунтов принять условно в зависимости от содержания песчаных частиц.

Таблица 2.2.

Разновидность глинистых грунтов	Число пластичности Ip, %	Содержание песчаных частиц (2-0,5 мм), % по массе
Супесь:
- песчанистая	1-7	³ 50
- пылеватая	1-7	< 50
Суглинок:
- легкий песчанистый	7-12	³ 40
- легкий пылеватый	7-12	< 40
- тяжелый песчанистый	12-17	³ 40
- тяжелый пылеватый	12-17	< 40
Глина:
- легкая песчанистая	17-27	³ 40
- легкая пылеватая	17-27	< 40
-тяжелая	> 27	Не регламентируется

Для песчаных грунтов необходимо самостоятельно задать разновидность песков - песок пылеватый, мелкий, средней крупности либо крупный.

5) Коэффициент пористости, д.е. (по формуле А.5 ГОСТ 25100-95 «Грунты. Классификация»)

е=(ρ_s-ρ_d)/ ρ_d

где ρ_s и ρ_d - плотность частиц грунта и плотность грунта в сухом состоянии, г/см³.

Примечание: По полученным значениям коэффициента пористости необходимо определить плотность сложения песчаных грунтов согласно табл. Б.18 ГОСТ 25100-95 «Грунты. Классификация» (см. табл.2.3).

Таблица 2.3.

Плотность сложения песчаных грунтов

Разновидность песков	Коэффициент пористости е
Пески гравелистые, крупные и средней крупности	Пески мелкие	Пески пылеватые
Плотный	е< 0,55	е < 0,60	е < 0,60
Средней плотности	0,55 ≤е≤ 0,70	0,60 ≤ е ≤ 0,75	0,60 ≤ е ≤ 0,80
Рыхлый	е > 0,70	е> 0,75	е > 0,80

6) Показатель текучести, д.е. (определяется по ГОСТ 5180)

I_L=(W_tot - W_p)/ I_р

где W_p - влажность грунта на границе раскатывания, д.е.

Примечание: По полученным значениям числа текучести необходимо глинистые грунты подразделить согласно табл. Б.14 ГОСТ 25100-95 «Грунты. Классификация» (см. табл.2.4).

Таблица 2.4.

Разновидность глинистых грунтов	Показатель текучести IL
Супесь:
- твердая	IL˂0
- пластичная	0≤IL≤1
- текучая	IL˃1
Суглинки и глины:
- твердые	IL˂0
- полутвердые	0≤IL≤0,25
- тугопластичные	0,25˂IL≤0,50
- мягкопластичные	0,50˂IL≤0,75
- текучепластичные	0,75˂IL≤1
- текучие	IL˃1

7) Концентрация порового раствора С_ps характеризующий степень минерализации грунтовой влаги, д.е. (по формуле Б.2 СП 25.13330.2012)

C_ps = D_sal /(D_sal + 100 W)

где W - влажность засоленного грунта, д.е., принимаемая для грунтов с льдистостью i_tot ≤0,4 равной суммарной влажности W_tot, а с i_tot > 0,4 равной влажности за счет порового льда W_ic,

D_sal - степень засоленности грунта, %.

8) По степени засоленности D_sal устанавливается разновидность грунтов по засоленности согласно табл.Б.31 ГОСТ 25100-95 «Грунты. Классификация» (см. табл.2.5).

Таблица 2.5.

Разновидность грунтов	Суммарное содержание легкорастворимых солей, % массы сухого грунта
песок	глинистый грунт
Слабозасоленный	0,05-0,10	0,20-0,50
Среднезасоленный	0,10-0,20	0,50-1,00
Сильнозасоленный	> 0,20	> 1,00

9) Температура начала замерзания грунта Т_bf, характеризует температуру перехода грунта из талого в мерзлое состояние. Температуру начала замерзания незаселенных и засоленных грунтов допускается принимать в зависимости от вида грунта и концентрации порового раствора C_ps (по формуле Б.3 СП 25.13330.2012)

T_bf =A-B(53 C_ps +40 C_ps²)

где А - коэффициент, характеризующий температуру начала замерзания незасоленного грунта (таблица2.6);

В - коэффициент, зависящий от типа засоления грунта; B = 0 для незасоленных грунтов при D_sal =0%; В = 1 для грунтов морского типа засоления; В = 0,85 для грунтов с континентальным типом засоления.

Таблица 2.6.

Температура начала замерзания незасоленного грунта А

Грунты	А, ° С
Пески разных фракций	-0,10
Супеси и пылеватые пески	-0,15
Суглинок	-0,20
Глины	-0,25

10) По относительному содержанию органического вещества I_om глинистые грунты и пески подразделяют согласно табл. Б.22 ГОСТ 25100-95 «Грунты. Классификация» (см. табл.2.7).

Таблица 2.7.

Разновидность грунтов	Относительное содержание органического вещества Iom, д. е.
глинистые грунты	пески
Сильнозаторфованный	0,50-0,40	-
Среднезаторфованный	0,40-0,25	-
Слабозаторфованный	0,25-0,10	-
С примесью органических веществ	0,10-0,05	0,10-0,03

11) Коэффициент водонасыщения S_r, характеризующий степень заполнения объема пор водой, д.е. (по формуле А.4 ГОСТ 25100-95 «Грунты. Классификация»)

S_r= W_tot · ρ_s /(e · ρ_w)

где ρ_w =1,0 г/см³ - плотность воды, г/см³;

Примечание: По полученным значениям степени влажности крупнообломочные грунты и пески необходимо подразделить согласно табл. Б.17 ГОСТ 25100-95 «Грунты. Классификация» (см. табл.2.8).

Таблица 2.8.

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

12) теплофизические характеристики грунтов для талого и мерзлого состояний назначаются интерполяцией по таблице 3 приложения 1 СНиП 2.02.04-88 (см. табл. 2.9) в зависимости от плотности в сухом состоянии (ρ_d), суммарной влажности (W_tot) и вида грунта:

-коэффициент теплопроводности грунта в талом состоянии (λ _th);

- коэффициент теплопроводности грунта в мерзлом состоянии (λ _f);

-объемная теплоемкость грунта в талом состоянии (C_th);

- объемная теплоемкость грунта в талом состоянии (C_f).

Таблица 2.9

Расчетные значения теплофизических характеристик грунтов в талом и мерзлом состоянии

Плотность сухого грунта rd,th, rdf, т/м3	Суммарная влажность грунта wtot, доли единицы	Теплопроводность грунта, Вт/(м×°С), [ккал/(м×ч×°С)]	Объемная
Пески разной крупности и гравелистые	Супеси пылеватые	Суглинки и глины	Заторфо­ванные грунты и торфы	теплопроводность грунта, Дж/(м3×°С)10–6 [ккал/(м3×°С)]
l th	l f	l th	l f	l th	l f	l th	l f	Cth	Cf
0,1	9,00	–	–	–	–	–	–	0,81 (0,70)	1,34 (1,15)	4,00 (950)	2,31 (550)
0,1	6,00	–	–	–	–	–	–	0,40 (0,35)	0,70 (0,60)	2,73 (650)	1,68 (400)
0,1	4,00	–	–	–	–	–	–	0,23 (0,20)	0,41 (0,35)	1,88 (450)	1,26 (300)
0,1	2,00	–	–	–	–	–	–	0,12 (0,10)	0,23 (0,20)	1,05 (250)	0,64 (200)
0,2	4,00	–	–	–	–	–	–	0,81 (0,70)	1,33 (1,15)	3,78 (900)	2,40 (570)
0,2	2,00	–	–	–	–	–	–	0,23 (0,20)	0,52 (0,45)	2,10 (500)	1,47 (350)
0,3	3,00	–	–	–	–	–	–	0,93 (0,80)	1,39 (1,20)	4,15 (990)	2,40 (570)
0,3	2,00	–	–	–	–	–	–	0,41 (0,35)	0,70 (0,60)	3,32 (750)	2,10 (500)
0,4	2,00	–	–	–	2,10 (1,80)	–	2,10 (1,80)	0,93 (0,80)	1,39 (1,20)	3,78 (900)	2,73 (650)
0,7	1,00	–	–	–	2,10 (1,80)	–	2,00 (1,75)	–	–	3,60 (855)	2,10 (500)
1,0	0,60	–	–	–	2,00 (1,75)	–	1,90 (1,65)	–	–	3,44 (820)	2,18 (520)
1,2	0,40	–	–	–	1,90 (1,65)	1,57 (1,35)	1,80 (1,55)	–	–	3,11 (740)	2,12 (505)
1,4	0,35	–	–	1,80 (1,55)	1,86 (1,60)	1,57 (1,35)	1,66 (1,45)	–	–	3,35 (800)	2,35 (560)
1,4	0,30	–	–	1,74 (1,50)	1,80 (1,55)	1,45 (1,25)	1,57 (1,35)	–	–	3,02 (720)	2,18 (520)
1,4	0,25	1,91 (1,65)	2,14 (1,85)	1,57 (1,35)	1,68 (1,45)	1,33 (1,45)	1,51 (1,30)	–	–	2,78 (660)	2,06 (490)
1,4	0,20	1,57 (1,35)	1,86 (1,60)	1,33 (1,15)	1,51 (1,30)	1,10 (0,95)	1,22 (1,05)	–	–	2,48 (590)	1,89 (450)
1,4	0,15	1,39 (1,20)	1,62 (1,40)	1,10 (0,95)	1,27 (1,10)	0,87 (0,75)	0,99 (0,85)	–	–	2,18 (520)	1,76 (420)
1,4	0,10	1,10 (0,95)	1,27 (1,10)	0,93 (0,80)	1,05 (0,90)	0,70 (0,60)	0,75 (0,65)	–	–	1,89 (450)	1,74 (415)
1,4	0,05	0,75 (0,65)	0,81 (0,70)	0,64 (0,55)	0,70 (0,60)	0,46 (0,40)	0,52 (0,45)	–	–	1,60 (380)	1,47 (350)
1,6	0,30	–	–	1,86 (1,60)	1,97 (1,70)	1,68 (1,45)	1,86 (1,55)	–	–	1,84 (835)	2,48 (590)
1,6	0,25	2,50 (2,15)	2,73 (2,35)	1,80 (1,55)	1,91 (1,65)	1,51 (1,30)	1,68 (1,45)	–	–	3,15 (750)	2,35 (560)
1,6	0,20	2,15 (1,85)	2,37 (2,05)	1,62 (1,40)	1,74 (1,50)	1,33 (1,15)	1,51 (1,30)	–	–	2,31 (670)	2,14 (510)
1,6	0,15	1,80 (1,55)	2,00 (1,75)	1,45 (1,25)	1,57 (1,35)	1,10 (0,95)	1,22 (1,05)	–	–	2,48 (590)	2,02 (480)
1,6	0,10	1,45 (1,25)	1,62 (1,40)	1,62 (1,00)	1,28 (1,10)	0,87 (0,75)	0,93 (0,80)	–	–	2,16 (515)	1,80 (430)
1,6	0,05	1,05 (0,90)	1,10 (0,95)	0,81 (0,70)	0,87 (0,75)	0,58 (0,50)	0,64 (0,55)	–	–	1,83 (435)	1,68 (400)
1,8	0,20	2,67 (2,30)	2,84 (2,45)	1,86 (1,60)	1,97 (1,70)	1,57 (1,35)	1,80 (1,55)	–	–	3,17 (755)	2,41 (575)
1,8	0,15	2,26 (1,95)	2,62 (2,25)	1,68 (1,45)	1,80 (1,55)	1,39 (1,20)	1,57 (1,35)	–	–	2,78 (600)	2,26 (540)
1,8	0,10	1,97 (1,70)	2,20 (1,90)	1,45 (1,25)	1,57 (1,35)	1,05 (0,90)	1,22 (1,05)	–	–	2,42 (575)	2,04 (485)
1,8	0,05	1,45 (1,25)	1,51 (1,30)	0,99 (0,85)	0,99 (0,85)	0,70 (0,60)	0,75 (0,65)	–	–	2,04 (485)	1,89 (450)
2,0	0,10	2,73 (2,35)	2,90 (2,50)	1,74 (1,50)	1,86 (1,60)	1,28 (1,10)	1,39 (1,20)	–	–	2,68 (640)	2,26 (540)
2,0	0,05	2,10 (1,80)	2,14 (1,85)	–	–	–	–	–	–	2,26 (540)	2,10 (500)
Обозначения, принятые в таблице: l th, l f – теплопроводность соответственно талого и мерзлого грунта; Cth, Cf – объемная теплоемкость соответственно талого и мерзлого грунта; rd,th, rdf – плотность соответственно талого и мерзлого грунта в сухом состоянии.

Пример: Определить Расчетные значения теплофизических характеристик грунта суглинка в талом и мерзлом состоянии λ_th, λ_f, C_th, C_f при следующих данных: r_d=1,456 г/см³, w_tot=0,28 д.е.

Выписываем из таблицы данные для интерполяции. Для этого смотрим сначала по r_d и определяем, что оно находится между выданными в таблице значениями 1,4 и 1,6 г/см³. При значении r_d=1,4 г/см³ выданы несколько значений суммарной влажности, из данных значений необходимо выписать те значения которые охватывают исходную суммарную влажность (на примере w_tot=0,28 д.е., соответственно переписываем значения теплофизических характеристик для w_tot=0,25 д.е. и w_tot=0,30 д.е.). То же самое сделать при r_d=1,6 г/см³. Сначала интерполировать по w_tot (найти A,B,C,D и I,F,K,M) и потом уже по r_d и найти необходимые данные (см.табл.2.10).

Таблица 2.10

rd	wtot	λth	λf	Cth	Cf
1,4	0,25	1,45	1,30
0,28	A	B	C	D
0,30	1,25	1,35
1,456	0,28	λth=	λf=	Cth=	Cf=
1,6	0,25	1,30	1,45
0,28	I	F	K	M
0,30	1,45	1,55

2.2.2. Паспорт скважины составляется на основании выше приведенных расчетов и представляется в виде таблицы, где дается литологическое описание пород, мощность каждого слоя, относительные и абсолютные отметки слоев, график распределения суммарной влажности по глубине (рекомендуемый образец приведен на рис. 2.1). В разрезе скважины условное изображение грунтов указывается согласно существующим стандартным обозначениям. Условные обозначения грунтов приведены на рис.2.2.

Рисунок 2.1

Рисунок 2.2

Условные обозначения грунтов

2.3. Составление плана фундаментов. Сбор нагрузок

2.3.1. Согласно выданным схематическим чертежам здания (см. Приложение 2 согласно вариантам приведенных в табл.1.1) устанавливаются основные несущие и самонесущие конструкции, как происходит передача нагрузки от перекрытий. Составляется план фундаментов, и выбираются наиболее загруженные фундаменты под серединой, под краем и углом здания, определяются их грузовые площади.

2.3.2. Для выбранных фундаментов производится сбор нагрузок. Нагрузки, передаваемые на фундамент, подразделяют на постоянные и временные.

К постоянным нагрузкам относятся:

-вес кровли;

-вес чердачного перекрытия;

-вес междуэтажных перекрытий;

-вес перегородок;

-вес стен, колонн;

-вес фундамента.

При расчете фундаментов под лестничные клетки учитывается вес плит, площадок и лестничных маршей.

К временным нагрузкам относят:

-снеговые нагрузки;

-ветровые нагрузки (для гражданских зданий не учитываются);

-полезные нагрузки на междуэтажные перекрытия;

-для промзданий – вес специального оборудования (включая крановое).

Рекомендуемая форма записи сбора нагрузок представлена в Приложении 3.

Величины расчетных нагрузок назначаются в соответствии с требованиями СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия».