Определение нагрузок на сооружение в строительный период

Анализ инженерно-геологических условий

Построение инженерно-геологического разреза ведется по трем слоям грунта.

Инженерно-геологическим разрезом называется вертикальный разрез участка земной коры в заданном направлении. Строим его по двум скважинам, расположенным друг от друга на расстоянии 50м.

Слои грунта откладываем в заданной последовательности и мощности каждого слоя от отметки дна в м. Показываем отметки подошвы и мощности каждого слоя, а также подписываем наименования каждого слоя.

Составляется таблица для физико-механических характеристик грунтов основания. Коэффициент пористости e и показатель консистенции I_L определяются из задания, а прочностные характеристики – угол внутреннего трения φ, сцепление c, а также деформативная характеристика ( модуль деформации Е ) и расчетное сопротивление R₀ определяются по СНиПу 2.02.01-83 « Основания зданий и сооружений»).

Физико-механические характеристики грунтов

Таблица 1

Проект сооружения на слабом основании

Определение нагрузок на сооружение в строительный период

Нагрузки, действующие на сооружение (рис.2):

1. собственный вес;

2. активное давление грунта;

3. вертикальная (Р) и горизонтальная (Т) нагрузки.

1.Через крайнюю точку подошвы проведем вертикальную линию (расчетная плоскость).

Собственный вес сооружения определяем с учетом взвешивающего давления воды и веса засыпки в пределах ширины подошвы сооружения.

g_i =F* , kH – нормативное значение вертикальной силы;

F – м², площадь элемента;

- удельный вес элемента, для грунта засыпки определяется по заданию; _{б(над водой)}=24 кН/м³; _{б(под водой) )}=14 кН/м³;

=g_i* r_i ,кНм – нормативное значение удерживающего момента.

Вертикальные силы и удерживающие моменты

Таблица 2

№ слоя	Силы	Вес элемента	gf	gi ,кН	Плече действия силы	, кНм
Ф-ла подсчета	gi	Ф-ла подсчета	ri , м
	G1	2*3.7*24	177.6	1.1	195.36	1.44+3.7/2	3.29	642.73
	G2	12.4*4.6*14	798.56	1.1	878.42	1.44+4.4/2	3.64	3197.45
	G3	3.6*14.4*14	725.76	1.1	798.34	14.4/2	7.2	5748.05
	G4	2*8.8*16	281.6	1.05	295.68	1.44+3.7+8.8/2	9.54	2820.79
	G5	12.4*7.9*10	979.6	1.05	1028.58	1.44+4.6+7.9/2	9.99	10275.51
	P			1.2		1.44	1.44	138.24
	Q	70*12.5		1.2		1.44+12.5/2	7.69	8074.5
					∑=4342.38

Активное давление грунта.

Определяем интенсивность активного давления грунта по высоте стенки. В качестве расчетной плоскости, воспринимающей давление грунта, принимается плоскость, проведенная через тыловую грань сооружения. Интенсивность давления определяется в характерных точках по высоте сооружения.

Давление грунта:

σ_х1 = q* λ_a=70*0.3073=21.51 кПа;

σ_х2 = (q + γ₁h₁)* λ_a=(70+16*2)*0.3073=31.35 кПа;

σ_х3 = (q + γ₁ h₁ +γ₂ h₂)* λ_a = (70+16*2+10*14)*0.3073=74.29 кПа.

Равнодействующие активного давления грунта, как площади соответствующих участков эпюры:

= кН;

= кН.

Расстояние от нижнего большего основания до центра тяжести фигуры находим из выражений:

= м

= м

Находим значения суммы опрокидывающих моментов:

2.3 Проверка прочности грунта основания.

При проверке прочности грунта основания учитываем все нагрузки, действующие в пределах расчетной плоскости. Проверка прочности грунта основания для эксплуатационного случая производится по формуле внецентренного сжатия

σ_max/min = (1± )= = 311,61; 291,5 кПа,

где - сумма вертикальных сил, действующих на подошву сооружения,кН;

B – ширина сооружения по подошве, м;

е – эксцентриситет равнодействующей всех сил в плоскости подошвы сооружения, определяемый по формуле:

м.

Необходимо, чтобы выполнялось 2 условия:

1. . Если , то увеличивается размер подошвы.

2. , где – расчетное сопротивление верхнего слоя грунта. Если проверка не выполняется, то необходимо увеличивать ширину сооружения, таким образом, увеличивается удерживающий момент.

В нашем случае , поэтому делаем частичную замену грунта(верхний слой заменяем на песок ).

2.3. Определение величины стабилизированной осадки.

Восстанавливаем геологический разрез. Слева от оси z строим эпюру бытовых давлений, интенсивность давлений определяем на границах геологических слоев по формуле:

(кПа),

где и - соответственно удельный вес и мощность геологического слоя грунта.

P_б0=0

P_б1=10*2=20 кПа

P_б2= P_б1+6*8=68кПа

P_б3= P_б2+9*15=203кПа

Справа от оси z строится эпюра дополнительных давлений:

(кПа),

где α – коэффициент рассеивания напряжений, величина которого зависит от относительной глубины расположения точки и от формы фундамента в плане:

; (L/B >10 – ленточный фундамент);

– среднее значение краевых напряжений по подошве фундамента (кПа);

– бытовое давление на уровне подошвы сооружения (для незаглубленных фундаментов ).

Эпюру дополнительных давлений строим на границах элементарных слоев, причем толщина слоя не должна превышать 2 м.

Дополнительные давления

Таблица 3

№ геол. слоя	№ слоя	hi, м	Z, м			,кПа	, кПа	Е, кПа
Верх.	Нижн.	Верх.	Нижн.	Верх.	Нижн.
					0,28		0,983	301,6	296,4
					0,55 0,83 1,11 1,39	0,983 0,929 0,881 0,786	0,929 0,881 0,786 0,698	296,4 280,2 265,7	280,2 265,7 210,5	288,3 272,95 251,35 223,75
					1,67 1,94 2,22 2,5 2,78 3,05 3,33 3,47	0,698 0,619 0,573 0,514 0,463 0,42 0,386 0,346	0,619 0,573 0,514 0,463 0,42 0,386 0,365 0,346	210,5 186,7 172,8 139,6 126,7 116,4 110,1	186,7 172,8 139,6 126,7 116,4 110,1 104,3	198,6 179,75 163,9 147,3 133,15 121,55 113,25 107,2

Определяем глубину активной сжимаемой толщи. Для этого эпюру бытовых давлений уменьшаем в 5 раз и переносим вправо от оси z. Если пересекутся 0,2 и , то границей толщи является точка пересечения. Если не пересекаются, то границей является скальный грунт.

Величину стабилизированной осадки определяем методом послойного суммирования:

, м

где n – количество элементарных слоев в пределах H_акт.

- среднее значение дополнительного давления в пределах элементарного слоя, кПа;

h_i – толщина элементарного слоя,м.;

Е – модуль деформации грунта, кПа;

β_i- коэффициент, учитывающий возможность бокового расширения грунта, зависящий от коэффициента Пуассона слоя геологического разреза

(принимается для песков 0,76, для супесей 0,72, для суглинков 0,57, для глин 0,43). Такая корректировка позволяет учесть частичное расширение грунтов, что особенно характерно для глинистых грунтов.

2.Определение мощности консолидируемого слоя и времени консолидации

Учитывая то, что осадка в слабых грунтах протекает в течение длительного времени, ее рассматривают с применением Теории фильтрационной консолидации Терцаги-Герсеванова. Фильтрационная консолидация-это постепенное уплотнение грунта, связанное с выдавливанием воды из пор грунта. Фильтрационная консолидация объясняется такими свойствами грунта, как сжимаемость и водопроницаемость.

Время консолидации вычисляется по формуле:

, где H- высота слоя слабого грунта.

С_V=0,065 см²/мин-коэффициент консолидации(по заданию)

T_v-фактор времени, зависит от степени консолидации и схемы фильтрации.

Согласно заданию при С_V=0,065 см²/мин и T_v=0,28 см/мин степень консолидации μ=0,7.

Учитывая это условие вычисляем осадки при степени консолидации μ=0,1-0,95 по формуле: .Полученнные значения заносим в таблицу и по вычисленным значениям строим график зависимости осадки от времени консолидации.

По результатам таблицы строятся графики зависимости осадки во времени и степени консолидации от времени.

2.5 Проект дренированного основания

Вертикальные песчаные дрены сокращают время уплотнения слабых оснований путем уменьшения пути фильтрации.

Метод уплотнения с устройством вертикальных песчаных дрен заключается в следующем:

- на поверхность слабого грунта укладывают дренирующий песчаный слой;

- устраивают песчаные дрены (песчаные цилиндры, расположенные на некотором расстоянии друг от друга);

- по верху дренирующего слоя укладывают пригрузку в виде грунтовой насыпи;

- путь фильтрации уменьшается, скорость и расход увеличиваются.

Кроме того, при устройстве песчаных дрен в результате уплотнения грунта повышаются его прочностные и деформативные характеристики.

Назначаем схему расположения дрен в плане. Эта величина зависит от степени консолидации и от числа n. , где D_e – эффективный диаметр дрены Так как диаметр дрены почти не оказывает влияния на скорость консолидации, его назначают из технологических соображений (свободное высыпание песка в процессе изготовления),- наибольшее распространение получили значения

Время консолидации вычисляется по формуле:

,мес;

По полученным данным строится график зависимости времени консолидации t_к от величины n при заданной степени консолидации.

С помощью графика найдем эффективный диаметр дрены и расстояние между осями дрен.

При t=9 мес, n = 6,6.

Для прямоугольной сетки, D_e=1,13 *l;

D_e= n* =6,6*0,5=3,3м

По заданной схеме расположения дрен в плане определяем шаг между дренами l.

l = D_e/1,05=3,3/1,05=3,14 м(треугольная сетка)

Таким образом, эффективный диаметр, D_e=3,3м, и расстояние между осями дрен l=3,14м.

Литература

. 1. СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений. Госстрой СССР.-М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986.-39с.

2. СНиП 2.06.01-86. Гидротехнические сооружения. Основные положения проектирования. Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР,1987.-31с.

3. Марченко А.С. Морские портовые сооружения на слабых грунтах. М., «Транспорт», 1976.-192с.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ОДЕССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ МОРСКОЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА «Морские и речные порты, водные пути и их техническая эксплуатация»

РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

«ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СЛАБЫХ ГРУНТОВ

В КАЧЕСТВЕ ОСНОВАНИЙ»

Выполнила

ст.ФВТШС IIIк/2гр.

Маломуж Ольга

Проверила

Литвиненко В.В.

Одесса 2010

СОДЕРЖАНИЕ

1. Анализ инженерно-геологических условий

2. Проект подпорной стенки на слабом основании

2.1Определение нагрузок для эксплуатационного случая

2.2 Проверка прочности грунта основания

2.3 Определение величины стабилизированной осадки

2.4 Определение мощности консолидируемого слоя и времени

консолидации

2.5 Проект дренированного основания

3. Литература