Удельное сцепление (с) глинистых грунтов (понятие и значение)
Таблица нормативных значения удельного сцепления и угла внутреннего трения глинистых (супесчаных, суглинистых) грунтов, приведена в таблице А.2 приложения СП 22.13330.2016 Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*.
Выделим нормативные значения удельного сцепления глинистого грунта.
Удельное сцепление грунта, сn, кПа, при коэффициенте пористости, равном
0,45
0,55
0,65
0,75
0,85
0,95
1,05
Супесь твердая и полутвердая
от 0 до 0,25
21
17
15
13
—
—
—
Супесь тугопластичная и мягкопластичная
от 0,25 до 0,75
19
15
13
11
9
—
—
Суглинки твердые и полутвердые
от 0 до 0,25
47
37
31
25
22
19
—
Суглинки тугопластичные
от 0,25 до 0,5
39
34
28
23
18
15
—
Суглинки мягкопластичные
от 0,5 до 0,75
—
—
25
20
16
14
12
Глины твердые и полутвердые
от 0 до 0,25
—
81
68
54
47
41
36
Глины тугопластичные
от 0,25 до 0,5
—
—
57
50
43
37
32
Глины мягкопластичные
от 0,5 до 0,75
—
—
45
41
36
33
29
Для промежуточных значений коэффициентов пористости (е) глинистого грунта, значения удельного сцепления определяются интерполяцией (Онлайн-Интерполятор)
Источник
Удельное сцепление (с) песчаных грунтов
Таблица нормативных значения удельного сцепления песчаных грунтов (согласно СП 22.13330.2016 Основания зданий и сооружений):
Обозначение характеристик грунтов
Характеристики грунтов при коэффициенте пористости, равном
0,45
0,55
0,65
0,75
Гравелистые и крупные
с,кПа
2
1
—
—
Средней крупности
с,кПа
3
2
1
—
Мелкие
с,кПа
6
4
2
—
Пылеватые
с,кПа
8
6
4
2
Для промежуточных значений коэффициентов пористости (е) песчаного грунта, значения удельного сцепления определяются интерполяцией (Онлайн-Интерполятор)
Источник
5.5.2. Расчетное сопротивление грунтов основания
Зависимость «нагрузка-осадка» для фундаментов мелкого заложения можно считать линейной только до определенного предела давления на основание (рис. 5.22). В качестве такого предела принимается расчетное сопротивление грунтов основания R [4]. При расчете деформаций основания с использованием указанных в п. 5.5.1 расчетных схем среднее давление под подошвой фундамента (от нагрузок для расчета оснований по деформациям) не должно превышать расчетного сопротивления грунта основания R , кПа, определяемого по формуле
где γc1 и γc2 — коэффициенты условий работы, принимаемые по табл. 5.11; k — коэффициент, принимаемый: k = 1, если прочностные характеристики грунта ( с и φ ) определены непосредственными испытаниями, и k = 1,1, если указанные характеристики приняты по таблицам, приведенным в гл. 1; Мγ , Мq и Мc — коэффициенты, принимаемые по табл. 5.12; kz — коэффициент, принимаемый: kz = 1 при bkz = z0/b + 0,2 при b ≥ 10 м (здесь b — ширина подошвы фундамента, м; z0 = 8 м); γII — расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), кН/м 3 ; γ´II — то же, залегающих выше подошвы; сII — расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа; d1 — глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала,’определяемая но формуле
(здесь hs — толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м; hcf — толщина конструкции пола подвала, м; γcf — расчетное значение удельного веса материала пола подвала, кН/м 3 ); db — глубина подвала — расстояние от уровня планировки до пола подвала, м (для сооружений с подвалом шириной В ≤ 20 м и глубиной более 2 м принимается db = 2 м, при ширине подпали В > 20 и принимается d > 0).
Если d1 > d (где d — глубина заложения фундамента), то d1 принимается равным d , a db = 0.
Формула (5.29) применяется при любой форме фундаментов в плане. Если подошва фундамента имеет форму круга или правильного многоугольника площадью А , то принимается b = . Расчетные значения удельных весов грунта и материала пола подвала, входящие в формулу (5.29), допускается принимать равными их нормативным значениям (полагая коэффициенты надежности по грунту и материалу равными единице). Расчетное сопротивление грунта при соответствующем обосновании может быть увеличено, если конструкция фундамента улучшает условия его совместной работы с основанием. Для фундаментных плит с угловыми вырезами расчетное сопротивление грунта основания допускается увеличивать на 15%.
γс2 для сооружений с жесткой конструктивной схемой при отношении длины сооружения или его отсека к его высоте L/H
≥ 4
IL ≤ 0,25 0,25 IL ≤ 0,5 IL > 0,5
1,4 1,3
Примечания: 1. Жесткую конструктивную схему имеют сооружения, конструкции которых приспособлены к восприятию усилий от деформаций оснований путем применения специальных мероприятий.
2. Для сооружений с гибкой конструктивной схемой значение коэффициента γc2 принимается равным единице.
3. При промежуточных значениях L/H коэффициент γc2 определяется интерполяцией.
φII,°
Mγ
Mq
Mc
φII,°
Mγ
Mq
Mc
0
0
0
3,14
23
0,69
3,65
6,24
1
0,01
0,06
3,23
24
0,72
3,87
6,45
2
0,03
1,12
3,32
25
0,78
4,11
6,67
3
0,04
1,18
3,41
26
0,84
4,37
6,90
4
0,06
1,25
3,51
27
0,91
4,64
7,14
5
0,08
1,32
3,61
28
0,98
4,93
7,40
6
0,10
1,39
3,71
29
1,06
5,25
7,67
7
0,12
1,47
3,82
30
1,15
6,59
7,95
8
0,14
1,55
3,93
31
1,24
5,95
8,24
9
0,16
1,64
4,05
32
1,34
6,34
8,55
10
0,18
1,73
4,17
33
1,44
6,76
8,88
11
0,21
1,83
4,29
34
1,55
7,22
9,22
12
0,23
1,94
4,42
35
1,68
7,71
9,58
13
0,26
2,05
4,55
36
1,81
8,24
9,97
14
0,29
2,17
4,69
37
1,95
8,81
10,37
15
0,32
2,30
4,84
38
2,11
9,44
10,80
16
0,36
2,43
4,99
39
2,28
10,11
11,25
17
0,39
2,57
5,15
40
2,46
10,85
11,73
18
0,43
2,73
5,31
41
2,66
11,64
12,24
19
0,47
2,89
5,48
42
2,88
12,51
12,79
20
0,51
3,06
5,66
43
3,12
13,46
13,37
21
0,56
3,24
5,84
44
3,38
14,50
13,98
22
0,61
3,44
6,04
45
3,66
15,64
14,64
Когда расчетная глубина заложения фундаментов принимается от уровня планировки подсыпкой, в проекте оснований и фундаментов должно приводиться требование о необходимости выполнения планировочной насыпи до приложения полной нагрузки на основание. Аналогичное требование должно содержаться и в отношении устройства подсыпок под полы в подвале.
Коэффициенты Mγ, Mq и Mc , входящие в формулу (5.29), получены исходя из условия, что зоны пластических деформаций под краями равномерно загруженной полосы (рис. 5.23) равны четверти ее ширины и вычисляются по следующим соотношениям:
где ψ = π/(ctgφII + φII – π/2) ; φII — расчетное значение угла внутреннего трения, рад.
При вычислении R значения характеристик φII , сII и γII принимаются для слоя грунта, находящегося под подошвой фундамента до глубины zR = 0,5 b при bzR = t + 0,1b при b ≥ 10 м (здесь t = 4 м). При наличии нескольких слоев грунта от подошвы фундамента до глубины zR принимаются средневзвешенные значения указанных характеристик. Аналогичным образом поступают и с коэффициентами γcl и γc2 .
Как видно из формулы (5.29), значение R зависит не только от физико-механических характеристик грунтов основания, но и от искомых геометрических размеров фундамента — ширины и глубины его заложения. Поэтому определение размеров фундаментов приходится вести итерационным способом, задавшись предварительно какими-то начальными размерами.
Пример 5.5. Определить расчетное сопротивление грунта основания для ленточного фундамента шириной b = 1,4 м при следующих исходных данных. Проектируемое здание — 9-этажное крупнопанельное с жесткой конструктивной схемой. Отношение длины его к высоте L/H = 1,5. Глубина заложения фундаментов от уровня планировки по конструктивным соображениям принята d = 1,7 м. Здание имеет подвал шириной В = 12 м и глубиной db = 1,2 м. Толщина слоя грунта от подошвы фундамента до пола подвала hs = 0,3 м, толщина бетонного пола подвала hсf = 0,2 м, удельный вес бетона γII = 23 кН/м 3 . Площадка сложена песками мелкими средней плотности маловлажными. Коэффициент пористости е = 0,74, удельный вес грунта ниже подошвы γII = 18 кН/м 3 , выше подошвы γ´II = 17 кН/м 3 . Нормативные значения прочностных и деформационных характеристик приняты по справочным таблицам, приведенным в гл. 1: φn = φII = 32º, сn = cII = 2 кПа, E = 28 МПа.
Решение. Для вычисления расчетного сопротивления грунта основания по формуле (5.29) принимаем: по табл. 5.11 для песка мелкого маловлажного и здания жесткой конструктивной схемы при L/H = 1,5, γс1 = 1,3 и γс2 = 1,3; по табл. 5.12 при φII = 32º Mγ = 1,34; Mq = 6,34 и Мc = 8,55. Поскольку значения прочностных характеристик грунта приняты по справочным таблицам, k = 1,1. При b = 1,4 м kz = 1.
Приведенная глубина заложения фундамента от пола подвала по формуле (5.30)
Предварительные размеры фундаментов назначаются по конструктивным соображениям или исходя из значений расчетного сопротивления грунтов основания R0 , приведенных в табл. 5.13. Значениями R0 допускается также пользоваться для окончательного назначения размеров фундаментов сооружений III класса, если основание сложено горизонтальными (уклон не более 0,1) выдержанными по толщине слоями грунта, сжимаемость которых не увеличивается с глубиной в пределах двойной ширины наибольшего фундамента ниже глубины его заложения.
Двойную интерполяцию при определении R0 по табл. 5.13 для пылевато-глинистых грунтов с промежуточными значениями IL и е рекомендуется выполнять по формуле [2]
где e1 и e2 — соседние значения коэффициента пористости в табл. 5.13, между которыми находится значение е для рассматриваемого грунта; R0 (1, 0) и R0 (1, 1) — значения R0 в табл. 5.13 при коэффициенте, пористости e1 , соответствующие значениям IL = 0 и IL = 1; R0 (2, 0) и R0 (2, 1) — то же, при е2 .
Грунты
R0 , кПа
Крупнообломочные
Галечниковый (щебенистый) с заполнителем: песчаным пылевато-глинистым Гравийный (дресвяный) с заполнителем: песчаным пылевато-глинистым
600 450/400
500 400/350
Значения R0 при показателе текучести IL ≤ 0,5 даны перед чертой, при 0,5 IL ≤ 0,75 — за чертой.
Пески
Крупные Средней крупности Мелкие: маловлажные влажные и насыщенные водой Пылеватые: маловлажные влажные насыщенные водой
600/600 500/400
300/250 200/150 160/100
Значения R0 для плотных песков даны перед чертой, для песков средней плотности — за чертой.
Пылевато-глинистые
Супеси с коэффициентом пористости е : 0,5 0,7 Суглинки с коэффициентом пористости е : 0,5 0,7 1,0 Глины с коэффициентом пористости e : 0,5 0,6 0,8 1,0
300/300 250/200
600/400 500/300 300/200 250/100
Значения R0 при IL = 0 даны перед чертой, при IL = 1 — за чертой. При промежуточных значениях е и IL значения R0 определяются интерполяцией.
Значения R0 в табл. 5.13 относятся к фундаментам, имеющим ширину b1 = 1 м и глубину заложения d1 = 2 м. При использовании значений R0 по табл. 5.13 для окончательного назначения размеров фундаментов расчетное сопротивление грунта основания R определяется по формулам:
где b и d — соответственно ширина и глубина заложения проектируемого фундамента, м; γ´ — удельный вес грунта, расположенного выше подошвы фундамента, кН/м 3 ; k1 — коэффициент принимаемый для крупнообломочных и песчаных грунтов (кроме пылеватых песков) k1 = 0,125, а для пылеватых песков, супесей, суглинков и глин k1 = 0,05; k2 — коэффициент, принимаемый для крупнообломочных и песчаных грунтов k2 = 2,5, для супесей и суглинков k2 = 2, а для глин k2 = l,5.
Пример 5.6. Определить расчетное сопротивление глины с коэффициентом пористости е = 0,85 и показателем текучести IL = 0,45 применительно к фундаменту шириной b = 2 м, имеющему глубину заложения d = 2,5 м. Удельный вес грунта, расположенного выше подошвы, γ´ = 17 кН/м 3 .
Решение. Пользуясь значениями R0 (см. табл. 5.13), по формуле (5.32) вычисляем:
кПа.
Далее по формуле (5.34) получаем:
кПа.
Расчетное сопротивление R основания, сложенного крупнообломочными грунтами, вычисляется по формуле (5.29) на основе результатов непосредственных определений прочностных характеристик грунтов. При отсутствии таких испытаний расчетное сопротивление определяется по характеристикам заполнителя, если его содержание превышает 40%. При меньшем содержании заполнителя значение R для крупнообломочных грунтов допускается принимать по табл. 5.13.
При искусственном уплотнении грунтов основания или устройстве грунтовых подушек расчетное сопротивление определяется исходя из задаваемых в проекте расчетных значений физико-механических характеристик уплотненных грунтов. Последние устанавливаются либо на основе исследований, либо с помощью справочных таблиц (см. гл. 1) исходя из необходимой плотности грунтов. При вычислении R влажность пылевато-глинистых грунтов рекомендуется принимать равной 1,2 ωp .
Расчетное сопротивление рыхлых песков определяется по формуле (5.29) при γc1 = γс2 = 1. Значение R следует уточнять по результатам не менее трех испытаний штампа с размерами и формой, возможно более близкими к проектируемому фундаменту, но площадью не менее 0,5 м 2 . При этом значение R принимается не более давления, при котором ожидаемая осадка фундамента равна предельной (см. далее п. 5.5.5).
При устройстве прерывистых фундаментов расчетное сопротивление основания R определяется как для исходного ленточного фундамента по формуле (5.29) с повышением значения R коэффициентом kd , принимаемым по табл. 5.14.
При необходимости увеличения нагрузок на основание существующих сооружений при их реконструкции (замене оборудования, надстройке и т.п.) расчетное сопротивление основания должно приниматься в соответствии с данными о состоянии и физико-механических свойствах грунтов основания с учетом типа и состояния фундаментов и надфундаментных конструкций сооружения, продолжительности его эксплуатации и ожидаемых дополнительных осадок при увеличении нагрузок на фундаменты. Следует также учитывать состояние и конструктивные особенности примыкающих сооружений, которые, оказавшись в пределах «осадочной воронки», могут получить повреждения.
Коэффициент пористости е и показатель текучести IL
Значения kd при фундаментных плитах
прямоугольных
с угловыми вырезами
е ≤ 0,5 и IL ≤ 0
1,3
1,3
е = 0,6 и IL = 0,25
1,15
1,15
e ≥ 0,7 и IL ≥ 0,5
1,0
1,15
Примечания: 1. При промежуточных значениях е и IL коэффициент kd принимается по интерполяции.
2. Для плит с угловыми вырезами коэффициент kd учитывает повышение R на 15%.
Если в пределах сжимаемой толщи основания на глубине z от подошвы фундамента расположен слой грунта меньшей прочности, чем прочность лежащих выше слоев (рис. 5.24), необходима проверка соблюдения условия
где σzp и σzg — вертикальные нормальные напряжения в грунте на глубине z от подошвы фундамента соответственно дополнительное от нагрузки на фундамент и от собственного веса грунта, кПа (см. п. 5.2); Rz — расчетное сопротивление грунта пониженной прочности на глубине z , кПа, вычисленное по формуле (5.29) для условного фундамента шириной bz , м, определяемой по выражению
здесь N — суммарная вертикальная нагрузка на основание от фундамента, кН; l и b — соответственно длина и ширина фундамента, м.
Формула (5.36) для ленточного фундамента принимает вид
где n — вертикальная нагрузка на 1 м длины фундамента, кН/м,
а для квадратного фундамента —
При действии на фундамент внецентренной нагрузки следует ограничивать краевые давления под подошвой, которые вычисляют по формулам внецентренного сжатия. Краевые давления при действии момента в направлении главных осей подошвы фундамента не должны превышать 1,2 R , а давление в угловой точке — 1,5 R . Краевые давления рекомендуется определять с учетом бокового отпора грунта, расположенного выше подошвы фундамента, а также жесткости конструкции, опирающейся на рассматриваемый фундамент.
Действующие нормы допускают увеличение до 20% расчетного сопротивления грунта основания, вычисленного по формулам (5.29), (5.33) и (5.34), если определенные расчетом деформации основания при давлении p = R не превышают 40% предельных значений (см. далее п. 5.5.5). При этом расчетные деформации, соответствующие давлению p1 = 1,2R , должны быть не более 50% предельных. В этом случае, кроме того, требуется проверка основания по несущей способности (см. далее п. 5.6).
Сорочан Е.А. Основания, фундаменты и подземные сооружения