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 + 100W)

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(53C_ps+40C_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)]
		lth	lf	lth	lf	lth	lf	lth	lf	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: lth, lf – 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	λ th	λ f	Cth	Cf
1,4	0,25	1,45	1,30	660	490
	0,28	A	B	C	D
	0,30	1,25	1,35	720	520
1,456	0,28	λ th=	λ f=	Cth=	Cf=
1,6	0,25	1,30	1,45	750	560
	0,28	I	F	K	M
	0,30	1,45	1,55	835	590

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».

 

2.4. Расчет нормативных глубин сезонного оттаивания (d_th,n ) и промерзания (d_f,n)

Расчет нормативных глубин сезонного оттаивания и промерзания производится по приложению Г СП 25.133330.2012, используя климатологические данные района строительства и теплофизические характеристики грунта.

2.4.1. Нормативная глубина сезонного оттаивания грунта d_th,n, м, определяется по формуле:

где

0123S10-06357

T_bf - температура начала замерзания грунта, °С;

T_th,c - расчетная температура поверхности грунта в летний период, °С, определяемая по формуле:   T_th,c = 1,4T_th,m + 2,4 °C;

t_th,c - расчетный период положительных температур, ч, определяемый по формуле:    t_th,c = 1,15t_th,m + 0,1t₁;

t₁ - время, принимаемое равным 3600 ч;

t₂ - время, принимаемое равным 7500 ч;

T_th,m и t_th,m - соответственно средняя по многолетним данным температура воздуха за период положительных температур, °С, и продолжительность этого периода, ч, принимаемые по СП 131.13330 «Строительная климатология»;

Т₀ - среднегодовая температура многолетнемерзлого грунта, °С (см. табл.1.1);

λ _th и λ _f - теплопроводность соответственно талого и мерзлого грунта, ккал/(м^.ч^.°С);

C_th и С_f - объемная теплоемкость соответственно талого и мерзлого грунта, ккал/(м^3.°С);

k_m - коэффициент, принимаемый для песчаных грунтов равным 1,0, а для глинистых - по таблице Г.1 СП 25.13330.2012 (см. табл. 2.10) в зависимости от значения теплоемкости С_f и средней температуры грунта, °С, определяемой по формуле:06357

Таблица 2.11

Коэффициент k_m

Температура, °С	Значения коэффициента km при объемной теплоемкости Сf, ккал/(м3.°С)
	300	400	500	600
-1	6,8	5,9	5,3	5,0
-2	5,2	4,5	4,0	3,7
-4	3,7	3,2	2,8	2,5
-6	3,0	2,6	2,3	2,1
-8	2,5	2,2	1,9	1,6
-10	1,8	1,6	1,4	1,2

L_v - теплота таяния (замерзания) грунта, ккал/м³, определяемая по приложению Б СП 25.13330.2012, и принимается равной количеству теплоты, необходимой для замерзания воды (таяния льда) в единице объема грунта и определяется по формуле

L_v = L₀[W_tot - W_w] r _d,th,f,

где L₀ = 80 (ккал/кг) - значение удельной теплоты фазовых превращений вода-лед.

 

2.4.2. Нормативная глубина сезонного промерзания грунта d_f,n, м, определяется по формуле:

где                                     q₂ = L_v - 0,5C_f(T_f,m - T_bf),

здесь L_v - теплота замерзания грунта, ккал/м³, определяемая по приложению Б СП 25.13330.2012.

T_f,m и t_f,m - соответственно средняя по многолетним данным температура воздуха за период отрицательных температур, °С, и продолжительность этого периода, ч, принимаемые по СП 131.13330;

2.4.3. Расчетная глубина сезонного оттаивания d_th и расчетная глубина сезонного промерзания грунта d_f определяются согласно СП 25.13330.2012 по формулам:

d_th = k`_h *d_th,n;

d_f = k_h*d_f,n,

где d_th,n и d_f,n - нормативные глубины соответственно сезонного оттаивания и сезонного промерзания грунта;

k`_h и k_h - коэффициенты теплового влияния сооружения, принимаемые по таблице Г.2 СП 25.13330.2012 (см. табл.2.12). Предварительно назначается тип отмостки (асфальтовая, бетонная, грунтовая).

 

Таблица 2.12

Коэффициенты и k_h

Сооружения	k`h	kh
Здания и сооружения без холодного подполья	-	В соответствии с требованиями СП 22.13330
Здания и сооружения с холодным подпольем:
у наружных стен с отмостками, имеющими асфальтовое и тому подобное покрытия	1,2	-
у наружных стен с отмостками без асфальтовых покрытий	1,0	-
у внутренних опор	0,8	-
Мосты:
промежуточные массивные опоры с фундаментами мелкого заложения или фундаментами из свай и свай-столбов с плитой (ростверком), заглубленной в грунт при ширине опор по фасаду:
от 2 до 4 м	1,3	1,2
4 м и более	1,5	1,3
промежуточные столбчатые и свайные опоры, рамно-стоечные опоры с фундаментами мелкого заложения	1,2	1,1
обсыпные устои	1,0	1,0

Примечания

1 Данные таблицы не распространяются на случаи применения теплоизоляции и других специальных теплозащитных мероприятий (вентилируемые и теплоизолирующие подсыпки, охлаждающие устройства и т.д.).

2 Для устоев мостов, обсыпанных песчаным грунтом, значения k`_h и k_h следует принимать по данным теплотехнического расчета, но не менее 1,2.