Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Задание 3. Определение показателей пучинистых свойств грунтов при сезонном промерзании

Определить для условий заданной строительной площадки деформации пучения при сезонном промерзании при отсутствии фундаментов, при устройстве мелко заглублённых фундаментов не нагруженных и нагруженных. Принять глубину заложения фундаментов , размеры и вид фундамента назначить самостоятельно. Давление на подошву фундамента принять P=100кПа.

В зимний период года в верхней зоне грунтового массива происходит понижение температуры ниже 0°С. Гравитационная вода, содержащаяся в порах грунта, замерзает и увеличивается в объёме на ≈ 9,07%, на незамерзшую воду обеспечивается повышенное давление, при этом, если ниже расположенный грунт обеспечивает отжим-фильтрацию воды, морозное пучение основания с подъёмом поверхности практически не проявляется. Такие грунты относят к практически непучинистым.

В песках пылеватых и мелкозернистых фильтрация отжимаемой воды при промерзании основания затруднена, что обеспечивает проявление морозного пучения с подъёмом поверхности.

В глинистых грунтах содержится свободная, рыхло- и прочносвязанная вода. При промерзании основания в лед переходит свободная и рыхлосвязанная вода, прочносвязанная вода замерзает при температурах ниже -40°С. Практически в промороженных глинистых грунтах часть воды остаётся незамерзшей, кроме того в глинистых грунтах фильтрация отжимаемой воды сильно затруднена, из-за наличия плёнок связанной воды и пониженного значения коэффициента фильтрации.

При замерзании плёнок рыхлосвязанной воды обеспечивается образование зон с высвобожденными потенциалами молекулярно-ионных связей, что приводит к перемещению плёночной рыхлосвязанной воды из незамерзшей зоны в зону промерзания. Такое перемещение воды называют миграцией. В результате процессов миграции в зоне промерзания обеспечивается повышенное влагосодержание. При наличии свободной воды на границе с незамёрзшей зоной основания, повышение влагосодержания в зоне промерзания может быть значительным, что приводит к значительному увеличению деформаций морозного пучения. При отсутствии подачи свободной воды к зоне промерзания глинистых грунтов, увеличение влагосодержания обеспечивается уменьшением толщины плёнок рыхлосвязанной воды, что приводит к относительно небольшому увеличению деформаций морозного пучения. После таяния глинистый грунт в зоне промерзания характеризуется повышенной влажностью, повышенным показателем индекса текучести, снижением прочностных и увеличением деформационных показателей.

При влажности грунта меньше определенной величины процессы миграции прекращаются, такая влажность получила название критической (). Величина критической влажности зависит от вида глинистого грунта и активности глинистых минералов при взаимодействии с водой. Величина критической влажности может быть определена по графическим зависимостям на рис. 3.1.

Рисунок 3.1 Значение критической влажности

в зависимости от числа пластичности

и границы текучести

Классификация глинистых грунтов по уровню проявления деформаций морозного пучения для строительных площадок выполняется по показателю :

где - показатели влажности глинистого грунта в пределах зоны промерзания, соответствующие критической, природной, на границе раскатывания и на границе текучести.

-безразмерный коэффициент, численно равный абсолютному значению среднезимней температуры наружного воздуха

Показатели морозного пучения глинистых грунтов Таблица 3.1
Наименование грунта и значение индекса пластичности	Значение параметра
практически непучинист.	слабопучи-нист.	среднепу- чинист.	сильно- пучинист.	чрезмерно- пучинист.
1 Супесь 0,02< 0,07	< 0,14	0,14-0,49	0,49-0,98	0,98-1,69	> 1,69
2 Супесь 0,02< 0,007	< 0,09	0,09-0,30	0,30-0,60	0,60-1,03	> 1,03
3 Суглинок 0,07< 0,17	< 0,10	0,10-0,35	0,35-0,71	0,71-1,22	> 1,22
4 Суглинок 0,07< 0,13	< 0,08	0,08-0,27	0,27-0,54	0,54-0,93	> 0,93
5 Суглинок 0,13< 0,17	< 0,07	0,07-0,23	0,23-0,46	0,46-0,79	> 0,79
6 Глина 0,17<	< 0,12	0,12-0,43	0,43-0,86	0,86-1,47	> 1,47

Примечания: 1. Значения вычисленные по формуле соответствуют плотности грунта , при иной плотности величина умножается на отношение

2. В грунтах поз. 2, 4, 5 таблицы содержание пылеватых частиц составляет более 50% по массе.

3. -относительная пучинистость грунта, определяется высотой подъёма поверхности при глубине промерзания

Влияние положения уровня грунтовых вод на пучинистые свойства грунта

грунт	Знач.	Положение уровня грунтовых вод ниже глубины промерзания грунта , м.
песок мелкий	песок пылеват.	супесь	суглинок	глина
Сильно пучинист		-	-
Средне пучинист		-
Слабо пучинист
Практически непучинист

Для замкнутой системы (при отсутствии свободного притока воды к фронту промерзания) принимается, что грунт не подвержен морозному пучению при влажностях:

Глинистые породы

Крупноскелетные породы

принимается равным 1

Для песчаных грунтов пылеватых и мелкозернистых, а также крупнообломочных содержащих пылевато-глинистые фракции, классификация по степени морозного пучения выполняется по показателю дисперсности (D).

К- коэффициент, принимается равным ;

е-коэффициент пористости грунта;

-средний диаметр частиц грунта, в см.:

-содержание отдельных фракций грунта по крупности частиц, в долях единицы; -среднее значение диаметра частиц в каждой фракции, в см. Значение - определяется по меньшему диаметру частиц каждой фракции умножением на 1,4. Для самой тонкой фракции -определяется делением наибольшего диаметра частиц на 1,4.

При 1 > D – грунты относятся к практически непучинистым.

При 1 < D<5 – грунты относятся к слабопучинистым.

При 5 < D – грунты относятся к среднепучинистым.

Величина подъёма поверхности промороженной толщи основания определяется в зависимости от расчётной глубины промерзания ():

При устройстве фундаментов с глубиной заложения менее глубины промерзания основания он будет испытывать давление морозного пучения и деформации подъёма. При отсутствии подъёма на фундаменты будет действовать максимальная сила морозного пучения грунта:

- для круглого фундамента,

- для квадратного фундамента,

- для прямоугольного фундамента,

- для ленточного фундамента,

где -мощность слоя промерзающего грунта ниже подошвы фундамента, м; r, a, b – радиус и размеры подошвы прямоугольных фундаментов в плане; - коэффициент влияния площади подошвы (А) и мощности промерзающей толщи () грунта под фундаментом; - сопротивление смещению мёрзлого грунта относительно фундамента.

Рис. 3.2 Значение коэффициентов в зависимости от площади подошвы (А) и мощности промерзающей толщи под подошвой фундамента.

Значения в кПа Таблица 3.2

Расчётная температура грунта под фундаментом,	Средняя скорость пучения грунта
0,02	0,10	0,20	0,30	0,50
- 0,6	5,0	27,0	55,0	82,0	137,0
- 1,2	7,5	38,0	75,0	112,0	188,0
- 2,4	14,0	70,0	141,0	211,0	353,0
- 3,6	26,0	132,0	265,0	397,0	662,0
- 4,8	50,0	249,0	497,0	746,0	1243,0
-6,0	93,0	467,0	933,0	1400,0	2334,0

Скорость перемещения грунта при морозном пучении:

- продолжительность периода промерзания грунта под фундаментом, мес.; -продолжительность периода с отрицательными температурами воздуха, в месяцах; d -глубина заложения фундамента от поверхности грунта, в м; -расчётная глубина промерзания грунтового основания, в м.

Расчётная температура грунта (), промерзающего под фундаментом:

- температура промерзающего грунта у поверхности, в С°;

- средняя температура наиболее холодного месяца зимнего периода, С°.

Величина подъёма не нагруженного основания в уровне ниже подошвы фундамента при морозном пучении зависит от характера увлажнения в зоне промерзания:

-в условиях увлажнения за счёт атмосферных осадков
-в условиях водонасыщения грунтов за счёт атмосферных осадков, грунтовых вод и верховодки
-в условиях увлажнения грунтов за счёт атмосферных осадков, верховодки и частично подземных вод

-глубина положения уровня грунтовых вод (верховодки) от поверхности грунта, в м; – наименьшее расстояние от границы промерзания грунта до уровня подземных вод, при котором эти воды не оказывают влияние на увлажнение промерзающего грунта. Величина приведены в таблице 3.3.

Величина подъёма фундамента, передающего по подошве давление p, при промерзании основания определяется по зависимости:

При промерзании грунтового основания в верхней зоне, на боковой поверхности фундаментов происходит смерзание бетона с грунтом, в результате чего развиваются тангенциальные усилия, характеризуемые удельными касательными напряжениями Величины , в зависимости от вида и состояния грунта приведены в таблице 3.4. При возведении зданий боковые поверхности фундаментов защищают вертикальной гидроизоляцией, которая практически исключает смерзание их с грунтом.

Рис. 3.3 Схема к расчёту параметров влияния морозного пучения на фундаменты, выполненные с глубиной заложения (d) меньше глубины сезонного промерзания ()

- глубина положения уровня грунтовых вод, – разность по высоте положения границы сезонного промерзания и уровня грунтовых вод в основании; - давление промерзающего грунта на фундамент по подошве, при отсутствии смещения фундамента, P – давление на грунт по подошве фундамента от действующих нагрузок, - касательные силы по боковым поверхностям фундамента при морозном пучении, - эпюра изменения температуры в промерзающей толще грунта

Минимальные величины обеспечивающие влияние грунтовых вод

Таблица 3.3

Наименование грунта	значение м.
Глины с монтмориллонитовой (иллитовой) основой	3,5
Глины с каолинитовой основой	2,5
Суглинки пылеватые,	2,5
Суглинки,	2,0
Суглинки пылеватые,	2,0
Суглинки,	1,8
Супеси пылеватые,	1,5
Супеси,	1,3

Таблица 3.4 Величины удельных касательных сил морозного пучения на поверхности фундаментов

Грунты	Значение , при в м
до 1,5	до 2,5	≥ 3,0
1. Супеси, суглинки, глины при Крупнообломочные с пылевато-глинистым заполнителем; Пески мелкие и пылеватые при показателе дисперсности D>5 и степени влажности > 0,95
2. Супеси, суглинки, глины при Крупнообломочные с пылевато-глинистым заполнителем; Пески мелкие и пылеватые при показателе дисперсности D>1 и степени влажности
3. Супеси, суглинки, глины при Крупнообломочные с пылевато-глинистым заполнителем; Пески мелкие и пылеватые при показателе дисперсности D>1 и степени влажности

1. Для промежуточных значений глубин промерзания величины принимаются по интерполяции;

2. Значение для грунтов обратной засыпки пазух фундаментов - над чертой;

3. В зависимости от состояния поверхностей фундаментов значение умножается на коэффициент: при гладкой поверхности -1,0; при шероховатой бетонной выступами и кавернами до 5 мм – 1,1…1,2; при размере выступов и каверн до 20 мм – 1,25…1,5; при деревянной антисептированной – 0,9; при металлической – 0,8.

Пример 1. Строительная площадка расположена в г. Вологда, грунты в основании представлены покровными суглинками, которые в верхней зоне имеют следующие характеристики: = 0,25; =0,208; =0,32; =0,112; подземные воды залегают на глубине 3,0 м. Требуется определить величину подъёма поверхности основания при сезонном промерзании грунта.

По карте сезонных глубин промерзания определяется нормативная глубина сезонного промерзания основания =1,5 м.

Определяется степень пучинистости глинистого грунта по показателю :

критическая влажность = 0,21;

Среднемесячные отрицательные температуры воздуха за зимний период определены по СНиП «Строительная климатология»*

месяц	ноябрь	Декабрь	январь	февраль	Март
T, C°	-3,6	-9,2	-11,8	-11,4	-6,4

С учётом фактической плотности грунта

По таблице 3.1 площадка сложена среднепучинистым грунтом:

При числе пластичности принимается

Величина подъёма поверхности грунта при промерзании на глубину , при = 1,5 < 1,8 м, составляет:

Пример 2. На строительной площадке, рассмотренной в примере 1, устроен ленточный мелкозаглублённый фундамент: b=0,4 м (ширина), d=0,8 м (глубина заложения). Требуется определить деформации пучения ненагруженного фундамента при сезонном промерзании грунтового основания.

Увлажнение грунтового основания сложенного суглинками в зоне промерзания обеспечивается атмосферными осадками и грунтовыми водами:

Величина подъёма фундамента составляет:

Пример 3. Определить величину деформаций морозного пучения фундамента рассмотренного в примере 2 при условии передачи по его подошве давлений на грунт Р=100кПа.

Скорость перемещений грунта при морозном пучении:

t₀=5 месяцев, длительность зимнего периода.

Расчётная температура грунта под подошвой фундамента в промороженной толще:

, принимается .

По таблице 3.2 определяется ,

Давление грунта на фундамент при морозном пучении составит:

Деформации пучения нагруженного фундамента:

Рис. 3.4. Схема к определению параметров морозного пучения грунтового основания к примерам 1..3

Пример 4. Строительная площадка расположена вблизи г. Вологда, основание в верхней зоне сложено песком пылеватым мощностью 3,2м, уровень грунтовых вод вскрыт на глубине 1,6м. Характеристики физического состояния грунта: Гранулометрический состав песка приведён в таблице 3.5.

Таблица 3.5

d_i - размер частиц по фракциям	1,0…0,5	0,5…0,25	0,25…0,1	0,1…0,05	0,05…0,01	0,01…0,005	0,005…0,001	<0,001
- масса частиц, в %	13,5	11,5	20,0	32,5	17,0	3,5	2,0

Определить степень пучинистости основания и подъём поверхности грунта при нормативной глубине сезонного промерзания.

По схематичной карте глубин сезонного промерзания для суглинков и глин . Коэффициент влияния вида грунта для песка пылеватого . Нормативная глубина сезонного промерзания песка пылеватого:

- граница промерзания расположена ниже уровня грунтовых вод.

Определяется показатель дисперсности грунта:

;

Песок пылеватый относится к грунтам среднепучинистым Для песка с

Высота подъёма поверхности грунта при сезонном промерзании составляет

Пример 5. Определить деформации морозного пучения мелкозаглубленного фундамента на строительной площадке рассмотренной в примере 4. Глубина заложения фундамента d=0,8м, ширина подошвы b=0,4м. Деформации подъёма определить для ненагруженного фундамента и при нагрузке обеспечивающей давление по подошве Р=150кПа.

Подъём фундамента при морозном пучении определяется для случая .