II. Определение показателей сопротивления грунтов срезу.

 

Испытания на срез проводят для определения прочностных характеристик грунтов – угла внутреннего трения φ; и удельного сцепления с, которые используются для расчета несущей способности основания, оценки устойчивости откосов, расчета давления грунтов на подпорные стенки и других инженерных расчетов.

Определение сопротивления грунта срезу выполняют в приборах одноплоскостного среза (рис. 2.1).

 

 

Рис. 2.1. Одноплоскостной прибор

а – с верхней подвижной обоймой; б – с нижней подвижной обоймой;

1 – кольцо; 2 – песок; 3 – штамп; 4 – корпус прибора;

5 – пористая пластина; 6 – крюк для сдвига; 7 – индикатор

 

Сопротивление срезу τ определяется не менее, чем при трех различных значениях вертикальной нагрузки, от которой в грунте возникают вертикальные напряжения σ₁, σ₂, σ_3. Затем образцы загружаются горизонтальной нагрузкой до момента среза грунта, вызывающего в грунте касательные напряжения τ;₁, τ;₂, τ;_3. Зависимость между этими величинами графически изображается прямыми (рис. 2.2).

Сопротивление срезу связных глинистых грунтов можно рассматривать как сумму сопротивления трению, пропорционального нормальному давлению, и сопротивления сцеплению:

τ=σtgφ+с, (1.5)

где: τ; – сдвигающее напряжение, МПа;

σ; – нормальное напряжение, МПа;

tgφ; – коэффициент внутреннего трения;

φ; – угол внутреннего трения;

с – удельное сцепление, МПа.

В несвязных песчаных грунтах силы сцепления практически равны нулю, поэтому для таких грунтов зависимость будет иметь такой вид:

τ=σtgφ;,

 

Рис. 2.2. График зависимости τ=f(σ)

1 – для песчаных грунтов; 2 – для пылевато-глинистых грунтов.

 

Перейдём к определению показателей сопротивления грунтов срезу, для этого нам потребуються срезной прибор, набор гирь, индикаторы, часы.

 

1. Кольцо с грунтом помещаем в прибор. На образец передается вертикальная нагрузка N (4 кг,8 кг,12 кг), с учетом площади кольца 40см² и соотношений плеч рычагов 1:10.

2. Приподнимаем верхнюю каретку прибора для создания зазора, обеспечивающего её свободное перемещение при срезе грунта. Подсоединяем горизонтальный рычаг и устанавливаем индикатор для измерения горизонтальных перемещений.

3. На подвеску горизонтального рычага через каждые 10…15сек укладываем гири весом не более 10% веса гирь на подвеске вертикального рычага. После каждой ступени нагрузки производим отсчет показаний индикатора, фиксирующего срез.

4. Испытание считается законченным, когда при приложении очередной ступени нагрузки происходит мгновенный срез или когда общая деформация среза превышает 2 мм.

5. Результаты испытаний заносим в таблицу 2.1.

 

Касательное напряжение определяют по формуле:

τ= , (2.1)

где: Q - горизонтальная нагрузка;

n – соотношение плеч рычагов;

A – площадь образца, А=40 см².

 

τ₁= ,

τ₂= ,

τ₃= .

6. По результатам испытания трех образцов строят график зависимости τ=f(σ)

(рис. 2.2). По графику определяются угол внутреннего трения φ; и удельное сцепление с по формулам:

tgφ= , (2.2)

tgφ= ,

откуда φ=arctgφ=arctg(0.06) = 3⁰;

с= τ- σtgφ= 0,016-0,1*0,06=0,01.

Таблица 2.1

Вертикальное напряжение, σ, МПа	Вертикальная нагрузка, N, кгс	Горизонтальная нагрузка, Q, кгс	Касательное напряжение, τ, МПа	Деформация среза, мм	Сопрот срезу, МПа
0,1		0,65	0,016	>2	0,01
0,2		0,90	0,022	>2	0,01
0,3		1,25	0,031	>2	0,01

 

III. Испытания свай статическими нагрузками.

 

Оборудование: установка с упором из системы балок и ферм, закрепленных на анкерные сван (или установка с упором из грузовой платформы, либо с тарированным грузом, либо комбинированная); домкраты или тарированный груз; реперная система с измерительными приборами, рис.3.1.

Рис.3.1

1 - испытываемая свая; 2 - система балок; 3 - анкерные сваи; 4 - прогибомеры; 5 - домкраты; 6 - реперная система.

 

Последовательность и порядок проведения испытаний:

1. Загружаем сваю равномерно, без ударов, ступенями нагрузки не более 1/10 заданной максимальной нагрузки на сваю.

2. Снимаем отсчет при каждой ступени загружения сваи: первый сразу после приложения нагрузки, затем 4 отсчета с интервалом через 15 мин., 2 отсчета через 30 мин., и далее через 1 час до затухания перемещений.

3. За условную стабилизацию принимаем скорость осадки: - не более 0,1 мм за последний час наблюдений.

4. Доводим нагрузку до величины, вызывающей осадку сваи не менее чем 40 мм. Если под нижним концом залегают крупнообломочные грунты, плотные пески или глинистые грунты твердой консистенции, то нагрузку доводим до полной величины, предусмотренной программой испытаний, но не менее полуторной величины несущей способности свай.

5. Производим разгрузку ступенями, равными удвоенным величинам ступеней загружения. Наблюдение за осадкой ведется при каждой ступени разгрузки 15 мин., а после полной разгрузки в течении 0,5 ч. - при песчаных грушах и 1 ч - при глинистых, залегающих под нижним концом сваи, при этом отсчеты снимаются каждые 15 мин.

6. По результатам испытаний строим график зависимости осадки от нагрузки S= f (Р), и изменение осадки во времени по ступеням нагружения S=f (t, Р).

При определении частных значений предельных сопротивлений F_u,учитываем следующие рекомендации:

- если нагрузка при статическом испытании доведена до нагрузки, вызывающей непрерывное возрастание осадки S без увеличения нагрузки (S < 20 мм), то эта нагрузка принимается за частное значение предельного сопротивления F_u, и испытываемой сваи;

- во всех остальных случаях за частное значение нормативного предельного сопротивления сваи принимаем нагрузку, под воздействием которой испытываемая свая получит осадку S =ξ ∙ S_u,mt по графику S = f (Р), где S_u,mt - предельно допускаемая величина средней осадки ф-та проектируемого здания, установленная в задании на проектирование или принимаемая по ДБН В.2.1-10-09. Основи і фундаменти будівель та споруд. К., Мінрегіонбуд України, 2009, с. 104.

- ξ - коэффициент перехода от S_u,mt к осадке сваи, полученной при условной стабилизации осадки, равной 0,1 мм в час.

 

Перейдём к обработке результатов испытаний свай.

Определение расчетной несущей способности сваи F_d.

Значение F_d определяем по формуле

F_d = γ_c ∙ (3.1.)

γ_c - коэффициент условий работы при вдавливающих и горизонтальных нагрузках γ_c = 1

γ_g - коэффициент надежности по грунту

F_un - нормативное предельное сопротивление сваи.

При определении γ_g и F_un руководствуемся следующими рекомендациями:

- если несущая способность определена по результатам полевых испытаний γ_g = 1

F_d = 1 ∙

 

Таблиця 3.1.

Ступени нагрузки P, кН	Стабилизированная осадка по вариантам S,мм
	0,24
	1,64
	1,98
	3,90
	5,10
	6,42
	8,05
	9,90
	12,80

 

Построим график зависимости осадок от нагрузки S = f (P).

 

Список литературы

 

1. Методичні вказівки до практичних занять і розрахунково-графічної роботи по дисципліні «Інженерне вишукування» для студентів освітньо-кваліфікаційного рівня «Бакалавр» за напрямом – «Будівництво»., к.т.н., проф., Новський О.В., к.т.н., доцент, Митинський В.М., Одесса 2011 г.