Инженерно-геологические условия участка строительства по адресу: Санкт-Петербург, г. Сестрорецк, ул. Воскова 2. Корпус 26
Федеральное
государственное образовательное учреждение высшего профессионального
образования
Санкт-Петербургский
Государственный Университет
Геологический
факультет
Кафедра
инженерной геологии и грунтоведения
Выпускная квалификационная работа специалиста
Направление 020300 «Геология»
на тему: «Инженерно-геологические
условия участка строительства по адресу:
Санкт-Петербург, г. Сестрорецк,
ул.Воскова 2. Корпус 26.»
Шестак Яков Александрович
Санкт-Петербург
2009 г.
Оглавления
Глава 1. Физико-географические условия
.1 Географическая характеристика района
.2 Климат
.3 Гидрография
Глава 2. Геологические и гидрогеологические условия
.1 Геологические условия
.1.1 История геологического развития
.1.2 Стратиграфия
.1.3 Тектоника
.1.4 Геоморфология
.2 Гидрогеологические условия
Глава 3. Инженерно-геологические условия участка работ
.1 Физико-географические условия участка работ
.2 Геолого-литологическое строение территории строительства
.3 Гидрогеологические условия
.4 Методика лабораторных работ
.5 Физико-механических свойства грунтов в зоне влияния
проектируемого участка
Глава 4. Инженерно-геологические расчеты
4.1 Краткая техническая характеристика проектируемых сооружений
.2 Расчет устойчивости откоса
.2.1 Общие сведения
.2.2 Инженерные методы расчета устойчивости откосов и склонов
.2.3 Мероприятия по повышению устойчивости откосов и склонов
.3 Осадка сооружения с использованием расчетной модели
.3.1 Расчет несущей способности сваи
.3.2 Расчет осадок методом послойного суммирования
.4 Расчет крена свайного фундамента
Заключение
Список литературы
Введение
За последнее время в Ленинградской области наблюдается увеличение объемов
строительства, с появлением новых технологий, этажность возводимых зданий стала
неизбежно расти, что требует более детальной оценки инженерно-геологических
условий при проектировании различных сооружений. Поэтому моя выпускная работа
посвящена оценке инженерно-геологических условий участка строительства
многоэтажного сооружения в городе Сестрорецк.
Работа написана на основании материалов, полученных в процессе
производственной практики, проходимой в феврале 2009 года в городе Сестрорецке.
Целью дипломной работы является оценка инженерно-геологических условий
территории строительства, которая включает: получение физико-механических
характеристик грунтов, выделение инженерно-геологических элементов, построение
инженерно-геологических разрезов и произвести инженерно-геологические расчеты,
с последующим выводом и рекомендацией для будущего здания.
Глава 1. Физико-географические условия
.1 Географическая характеристика района
Санкт-Петербург расположен на 59°57’ северной широты и 30°19’ восточной
долготы на северо-западе Европейской части страны, в приделах Приневской
низменности, на прилегающем к устью р.Нева побережье Невской губы Финского
залива и на многочисленных островах Невской дельты. Северо-запад омывается
водами Финского залива [1].
Предглинтовая низменность представляет собой пониженную равнину,
сложенную кембрийскими глинами. Абсолютные отметки поверхности ее колеблются от
0 до 30-40м. Основную ее часть занимает так называемая Приневская впадина,
охватывающая побережье Финского залива и долину р.Невы. Это хорошо выраженная
пониженная равнина с абсолютными отметками от 0.5до 20м. Вдоль побережья
Финского залива прослеживаются две приморские террасы. Первая, расположенная на
расстоянии 0.5-1 км от берега, обычно затопляется (дельта р.Невы). Верхняя,
возвышающаяся над первой на 4-8м, представляет плоскую равнину шириной 1-5км, с
абсолютными отметками бровки 10-15м. Обе террасы местами заболочены. Нижняя
терраса сложена песками и супесями, верхняя - ленточными глинами.
Плато, расположенное к югу от глинта, представляет собой возвышенную
слабо покатую с запада на восток равнину. Последняя на севере сложена
известняками ордовика с маломощным покровом четвертичных отложений и является
частью Силурийского плато. Большая часть плато сложена девонскими породами.
Самой высокой возвышенностью в пределах плато являются Дудергофские высоты (у
ст.Можайская) с абсолютными отметками вершин отдельных холмов до 172 м с
относительными превышениями 45-50м.
Глинт, обращенный к северу, сложен известняками ордовика и в основании
песчаниками и глинами кембрия. На большей части территории глинт в современном
рельефе выражен слабо и представляет пологий скат. Отчетливо в рельефе он
прослеживается у г.Красного Села, на водоразделе р.Ижоры и р.Тосны. Высота
глинта колеблется от 10 до 30м, при абсолютных отметках подножия от 25 до 70м и
бровки от 40 до 110м. При этом в направлении с запада на восток наблюдается
уменьшение абсолютных и относительных его высот [1].
.2 Климат
Участок работ относится ко II
климатическому району, IIв
подрайону климатического районирования территории России для строительства.
Климат морской, формируется, в основном, под воздействием циклонических
воздушных масс, с умеренно-теплым летом, умеренно-холодной зимой и
характеризуется неустойчивым режимом погоды. Наибольшее влияние на него
оказывают массы воздуха, поступающие с Атлантики. Преобладают ветры западных
направлений со среднегодовой скоростью 5,5 м/сек при максимальной 22-29 м/сек.
Максимальный скоростной напор ветра на высоте 15м над землёй повторяемостью 1
раз в 5 лет составляет 21,6 кгс/м2, в 10 лет-22,1 кгс/м2,
в 15 лет- 22,6 кгс/м2.
По многолетним наблюдениям, среднегодовая температура воздуха составляет
+4,3оС. Наиболее холодным месяцем является февраль со среднемесячной
температурой -8,5оС и абсолютным минимумом - 45оС,
наиболее теплым является июль со среднемесячной температурой 19оС и
абсолютным максимумом +35оС.
Продолжительность периода со среднесуточной температурой 0оС
составляет 150 суток.
Количество осадков составляет 750 мм, большая часть которых выпадает с
апреля по октябрь. Средняя величина относительной влажности воздуха составляет
75%. С высокой влажностью воздуха связана значительная облачность. Число
пасмурных дней составляет летом 50-61%, зимой - 73-84%. В среднем пасмурных
дней в году 168-189.
Туманы. Среднее число дней в году с туманами составляет 29 - 73.
Максимальное число этих дней изменяется от 53 до 102.
Метели. Наблюдаются с ноября по апрель, иногда в октябре. Среднее число
дней с метелью за год составляет от 20 до 34, максимальное число таких дней -
от 32 до 57.
Нормативная глубина сезонного промерзания песков, супесей и глинистых
грунтов, содержащих прослои и гнезда песчаного материала, в соответствии со
СНиП 2.02.01-83 составляет 1.45 м. [6].
.3 Гидрография
Гидрографическая сеть, хорошо развитая в пределах территории, принадлежит
бассейну рек, впадающих в Балтийское море. Самой крупной рекой является р.Нева
с ее левыми притоками: р.Ижора, р.Тосна, р.Славянка и р.Мга, а также р.Оредеж с
притоком Суйдой. Имеется, кроме того, ряд мелких речек, впадающих в Финский
залив: р.Стрелка, р.Кикенка, р.Дудергофка. Все эти реки текут с юга на север.
Начало свое они берут из родников, расположенных на плато или с заболоченных
водоразделов. Русла всех рек имеют незначительное падение. Реки отличаются
хорошо выработанными долинами и глубоко врезанными руслами, особенно в местах
пересечения ими глинта. Здесь наблюдаются очень высокие, почти отвесные берега
(до 15-25м), в которых обнажаются коренные породы (по рр. Тосне, Саблинке,
Ижоре, Славянке, Поповке, Войтоловке) [1].
Речные террасы развиты слабо; сплошного распространения они не имеют,
чаще всего прослеживается только пойменная терраса, редко на небольших участках
1-я надпойменная и еще реже 2-я надпойменная. Русла рек обычно очень извилисты;
поймы, как правило, заболочены.
В описываемом районе имеются небольшие озера площадью до 0.5 км2
Дудергофское, Колпанское и Жаровское. Первые два озера питаются подземными
водами ордовикских известняков. Глубина озер не превышает 4.5м [1].
Глава 2. Геологические и гидрогеологические условия
.1 Геологические условия
.1.1 История геологического развития
Территория Ленинградской области расположена на северо-западе Русской
плиты, в пределах южного склона Балтийского щита и западной окраины Московской
синеклизы. История ее геологического развития тесно связана с развитием этих
крупнейших структур Восточно-Европейской платформы.
Особенности размещения верхнепротерозойских отложений свидетельствует о
том, что в период, предшествующий их накоплению, южная окраина Балтийского щита
представляла собой приподнятую область, на поверхности которой преобладали
процессы субаэрального выветривания, денудации и сноса.
Начало накопления вендских отложений на северо-западе Русской плиты
знаменует наступление нового этапа геологического развития, продолжавшегося в
кембрийское и более позднее время. В целом этот этап охватывает весь палеозой,
мезозой и кайнозой.
Судить о геологической истории за время от нижнего кембрия до
четвертичного периода можно только предположительно.
Отложения балтийского комплекса, по видимому существовали на исследуемой
территории, но в последствии были размыты. Что касается осадков ордовика то,
возможно, что и они имели место на данной территории, так как в соседних
районах, развиты морские карбонатные фации ордовика, не указывающие на близость
прибрежных фаций, вероятно, распространенных гораздо северо-западнее.
Осадки силурийского бассейнов, возможно, и не отлагались на территории
современного перешейка, так как они даже в Прибалтике имеют ограниченное
распространение.
В последующее время, от девона до четвертичного периода, Балтийский щит и
Северо-Запад Русской платформы, а следовательно, и наша территория испытывали
поднятие. Накопления осадков не происходило; данная местность длительное время
подвергалась размыву [1].
Четвертичная история рассматриваемого района тесно связана с
гляциоизостатическими явлениями. Так, в ледниковые века эта территория
испытывала значительное погружение под влиянием ледниковой нагрузки, в
межледниковья же происходили компенсационные поднятия. Об этих колебательных
движениях свидетельствует чередование водных осадков (морских и озерных) с
моренами [3].
В настоящее время происходит общий медленный подъем всей территории.
Скорость поднятия на севере несколько больше, чем в южных частях, что
доказывается деформацией береговых уровней различных трансгрессий.
Судя по отчетливо выраженной террасированности, общее поднятие не было
непрерывным.
Поднятия чередовались не только с периодами покоя, но и с периодами
опускания [1].
.1.2 Стратиграфия
Докембрийские кристаллические породы залегают глубоко под толщей
палеозойских и четвертичных отложений.
Среди докембрийских образований данного района наиболее широко
распространен комплекс нерасчлененных интенсивно метаморфизованных толщ (гнейсы
и сланцы), прорванных гранитами. Возраст этих гранитов и гнейсов до настоящего
времени остается невыясненным, либо архейскими, либо протерозойским. Выделяемые
(также условно) верхнепротерозойские породы, видимо, развиты здесь на небольшой
площади.
Архейские и нижнепротерозойские горные породы. Наиболее древние
кристаллические горные породы относятся к нерасчлененной толще архейской группы
и нижнепротерозойской подгруппы.
Нерасчлененные отложения спорного-архейского или протерозойского-возраста
представлены плагиоклазовыми биотитовыми гнейсами, включающими пачки
плагиоклазовых биотитовых сланцев, гранато-биотитовых и амфиболитовых
порфиробластических полевошпатовых амфиболовых гнейсов. Мощность пачек
варьируется в пределах от 1 до 40 м. Эти, вероятно, первично песчанистые,
мергелистые, карбонатные и частью, возможно, сигматические породы, на протяжении
архейского и протерозойского времени неоднократно испытывали метаморфизм, были
мигматизированы и прорваны гранитами, в результате чего приобрели современный
облик гнейсов, а на отдельных участках превращены в гранит-мигматиты. Весь
комплекс пород сложно дислоцирован, имея общее, северо-восточное простирание.
Простирание на крыльях мелких складок изменяется в пределах северных румбов (СЗ
330°-СВ 25-30°). [1].
Верхнепротерозойские горные породы. Верхний протерозой в районе
Санкт-Петербурга представлен комплексом морских осадочных пород, ранее
относившихся к нижнему кембрию, и делится на два горизонта: гдовский и
котлинский (или ламиноритовый).
Гдовский горизонт залегает непосредственно на кристаллическом фундаменте.
Терригенные осадки гдовского горизонта перекрыты в восточной части района
отложениями котлинского горизонта и четвертичными. Кровля отложений гдовского
горизонта понижается на юго-восток. Мощность горизонта в среднем равна 80 м и
достигает 100 и более метров. Представлен горизонт конгломератами, гравелитами,
песчаниками, аргиллитоподобными глинами.
Котлинский горизонт имеет общий уклон в юго-восточном направлении. Полная
мощность горизонта достигает 150 м, а в местах древних размывов она едва
превышает 10 м. Залегает горизонт на гдовских песчаниках, а там, где они
отсутствуют, - на кристаллическом фундаменте, непосредственно под четвертичными
отложениями. Котлинский горизонт представлен толщей слоистых аргиллитоподобных
глин зеленовато- и голубовато-серого цвета с маломощными прослоями песчаников.
В минеральном составе глин преобладают гидрослюды и каолинит. В значительных
количествах (до 25%) содержится кварц.
Нижнекембрийские горные породы. Нижний кембрий в районе Санкт-Петербурга
представлен двумя свитами: ломоносовской и лонтовасской. Породы нижнего кембрия
распространены в основном в южной части территории и залегают на глинах
котлинского горизонта непосредственно под четвертичными отложениями или с
поверхности.
Ломоносовская свита представлена толщей светло-серых и зеленовато-серых
кварцевых песчаников с прослоями голубовато-серых глин. Мощность песчаников не
превышает 30м.
Лонтовасская свита залегает непосредственно под четвертичными
отложениями. В южной части территории эти породы выходят на дневную
поверхность. Мощность свиты в районе Санкт-Петербурга достигает 60м.
Представлена лонтовасская свита голубовато- и зеленовато-серыми тонкослоистыми
глинами с редкими маломощными (до 0,25) прослоями светло-серых мелкозернистых
песчаников. В минеральном составе глин преобладают гидрослюды с примесью монтмориллонита
[9].
Среднечетвертичные горные породы. К среднечетвертичным образованиям
относятся ледниковые, флювиогляциальные и озерно-ледниковые отложения
днепровского и московского горизонтов.
Днепровские отложения, как правило, приурочены к понижениям (размывам) в
дочетвертичных породах и залегают непосредственно на них. Максимальные мощности
(более 40 м) приурочены к размывам в дочетвертичных породах.
Ледниковые отложения представлены суглинками и глинами коричневато- и
зеленовато-серого цвета с включениями гравия, гальки и валунов кристаллических
пород. Реже встречаются обломки и окатыши дочетвертичных песчаников и глин. В
минеральном составе песчано-пылеватых фракций преобладают кварц и полевой шпат,
а глинистая фракция почти полностью состоит из каолинита.
Флювиогляциальные отложения представлены песками средней крупности, реже
мелкими, крупными и гравелистыми с включениями гальки и валунов. По
минеральному составу пески кварцевые и полевошпатово-кварцевые.
Озерно-ледниковые отложения представлены тонко-слоистыми пылеватыми
суглинками и глинами, реже супесями и однородными песками. По минеральному
составу глинистой фракции суглинки и глины гидрослюдистые и монтмориллонитовые.
В составе песчано-пылеватых фракций глинистых отложений, а также в песках преобладают
кварц и полевой шпат [5].
Московские отложения в большинстве зафиксированных случаев залегают на
дочетвертичных породах и лишь иногда - на размытых флювиогляциальных и
озерно-ледниковых отложениях днепровского горизонта. Максимальные их мощности
(до 50 м) приурочены к древним размывам в дочетвертичных породах [9].
Ледниковые отложения представлены пылеватыми суглинками и супесями
коричневатой окраски с включениями гравия, гальки и валунов кристаллических
пород. В ряде случаев отмечаются обломки и окатыши дочетвертичных осадочных
пород. По вещественному составу глинистая фракция полиминеральная. Встречены
каолинит, гидрослюды и минералы группы монтмориллонита. Песчано-пылеватые
фракции полевошпатово-кварцевые с примесью 10-20% слюд.
Флювиогляциальные отложения маломощны (не более 6-7 м), залегают в
понижениях в поверхности московской морены и представлены мелкими и крупными
песками полевошпатово-кварцевого состава с прослоями и линзами галечников.
Озерно-ледниковые отложения представлены тонкослоистыми коричневыми
глинами, реже пылеватыми суглинками, супесями и песками. Мощность отложений в
среднем равна 3 м.
Верхнечетвертичные отложения. К верхнечетвертичным горным породам
относится комплекс межледниковых, ледниковых, стадиальных и позднеледниковых отложений.
Микулинский межледниковый горизонт. Микулинские межледниковые отложения
залегают на размытой поверхности московского горизонта на различных глубинах.
Морские отложения. Сохранению этих осадков способствовало наличие
глубоких депрессий в рельефе палеозойских и докембрийских пород [5].
Литологический состав описываемых отложении разнообразен. В некоторых
местах эта толща состоит из галечников и наслоений гравия или представляет
собой сложное переслаивание осадков самого разнообразного гранулометрического
состава.
Какой-либо закономерности в распределении осадков различного
гранулометрического состава в зависимости от их гипсометрического положения не
наблюдается. [9]
Курголовские и верхневолжские (нерасчлененные) стадиальные отложения
распространены на территории Санкт-Петербурга почти повсеместно и залегают на
микулинских или более древних отложениях. Как правило эти отложения имеют
небольшую мощность, в древних размывах и понижениях достигающую 10-20 м.
Комплекс представлен озерно-аллювиальными отложениями различного состава - от
галечников до глин [3].
Ледниковые отложения лужской стадии валдайского оледенения развиты
повсеместно. В общих чертах лужская морена повторяет рельеф подстилающих
грунтов. Мощность ледниковых отложений колеблется в значительных пределах: в
депрессиях она значительна и достигает 35-40м, вне депрессий в среднем не
превышает 10м.
Ледниковые отложения лужской стадии представлены суглинками, реже
супесями и глинами с включениями гравия, гальки и валунов кристаллических пород
различного петрографического состава, с обломками песчаника и отторженцами
кембрийской глины.
Флювиогляциальные отложения лужской стадии имеют ограниченное
распространение. Встречаются в центральной части района и приурочены к
депрессиям в кровле лужской морены. Представлены они песками различной
крупности с включениями гравия и гальки. Средняя мощность около 3,5 м.
Охтинские межстадиальные отложения распространены в виде подковообразной
полосы, открытой в сторону Финского залива и огибающей приустьевую часть Невы.
Представлены супесями, реже песками слоистыми и неслоистыми, иногда ленточными.
По генезису это озерно-ледниковые и озерные отложения, залегающие между двумя
моренами - лужской и невской - на глубинах до 15 м. Мощность отложений меняется
в широких пределах: от 5 - 10 м в восточной и южной частях территории
Санкт-Петербурга до 55м в районе Юкковской возвышенности [9].
Ледниковые отложения невской стадии валдайского оледенения имеют
спорадическое островное распространение и значительную мощность, обычно 2 - 3
м. Залегает невская морена на отложениях охтинского межстадиала и перекрыта
отложениями I балтийского ледникового озера.
Представлена она супесями, реже суглинками с гравием, галькой и валунами
кристаллических пород.
I
балтийское ледниковое озеро. Озерно-ледниковые отложения I балтийского ледникового озера
распространены весьма широко. Они почти сплошным плащом покрывают лужскую
морену, в основном повторяя неровности рельефа. Представлены ленточными,
слоистыми, неяснослоистыми и неслоистыми глинистыми отложениями, реже песками
различной крупности. Залегают на различных глубинах и отметках. Мощность
озерно-ледниковых отложений достигает 19 и более метров, а в среднем она близка
к 6 м.
Главным породообразующим минералом в составе песчаных и пылеватых фракций
озерно-ледниковых отложений является кварц. В значительных количествах
присутствуют слюдистые и рудные минералы.
Отложения I иольдиевого моря
представлены супесями и песками различной крупности, реже суглинками и
органогенными осадками. Распространены в основном в северной половине города и
частично по его восточной окраине. Залегают на различных глубинах до 15 м.
Мощность этих отложений достигает 11 - 15 м, а в среднем составляет 3,7 м.
Отложения II балтийского
ледникового озера распространены преимущественно в северной половине города.
Представлены в основном песками различной крупности и редко глинистыми
породами: супесями и суглинками ленточными, слоистыми и не слоистыми. Залегают
на сравнительно небольших глубинах (до 10 м) и часто выходят на дневную
поверхность. Мощность их невелика, редко достигает 10 м, в среднем она равна
1,5 м. [13]
Новочетвертичные отложения. К новочетвертичным относятся послеледниковые
отложения II иольдиевого моря, анцилового озера,
литоринового и древнебалтийского морей, а также комплекс современных
образований - морские, аллювиальные, болотные и техногенные.
Отложения II иольдиевого
моря имеют весьма ограниченное распространение, в основном в северо-западной
части района (Лахтинская котловина). Представлены они суглинками, реже супесями
пылеватыми серыми с зеленоватым оттенком, с примесью органических остатков и
редкими линзами песка. Залегают они на ленточных отложениях или на морене на
глубинах от 1,5 до 7 м. Мощность их невелика и в среднем составляет 3 м.
Отложения анцилового озера в виде отдельных пятен встречаются на
северо-западе и на юге района, а также в центральной его части. Представлены
они песками, супесями и суглинками серыми и темно-серыми с растительными
остатками, прослоями торфа, заторфованных супесей и суглинков. Имеют не
постоянную и в целом небольшую мощность, равную в среднем 1,8 м.
Отложения литоринового моря распространены довольно широко. Представлены
песками различной крупности, супесями и суглинками. Все разновидности, как
правило, содержат неравномерно распределенные органические остатки, встречаются
гнезда, линзы и прослои торфа. Залегают литориновые отложения в большинстве
случаев на ленточных отложениях. С поверхности они перекрыты современными
органогенными или техногенными отложениями. Средняя их мощность равна 4,2 м.
Древнебалтийские морские отложения встречены лишь по северному побережью
Финского залива, в районе Лахтинской котловины. Представлены песками мелкими и
пылеватыми, реже крупными, а также супесями.
Современные морские и аллювиальные отложения имеют ограниченное
распространение и незначительную мощность. Морские пески, супеси и суглинки
отмечены в районе Лахтинской котловины, на островах в дельте Невы и на дне
Финского залива. Аллювиальные пески и супеси встречаются главным образом в
русле Невы, а также более мелких рек и ручьях.
Современные болотные отложения приурочены к торфяным массивам, имеющим
довольно широкое распространение на исследованной территории. Мощность торфа в
отдельных пунктах достигает 6 и более метров, а в среднем она равна 1 м.
Техногенные образования в пределах района Санкт-Петербурга распространены
довольно широко. Представлены насыпными, намывными, а также перекопанными
местными грунтами. Состав техногенных отложений весьма разнообразен. В основном
это песчаные и глинистые грунты с примесью строительного и бытового мусора [5].
2.1.3 Тектоника
О строении кристаллического фундамента рассматриваемой области имеется
весьма мало данных. Наличие двух комплексов резко различно метаморфизованных
пород позволяет предполагать пока только двух ярусное строение исследуемой
области докембрия [1].
В общем структурно-тектоническом плане рассматриваемый регион, сложенный
докембрийскими породами, попадает в пределы Восточно-Финляндской синклинорной
структурной зоны протерозойской складчатой области карелид [1].
Нижний структурный ярус здесь образован наиболее древними
сложноскладчатыми толщами биотитовых, гранато-биотитовых и других гнейсов
невыясненного архейского или нижнепротерозойского возраста. Эти толщи имеют
общее север - северо-восточное простирание и собраны в мелкие складки.
В верхнепротерозойское время, к началу развития протерозойской платформы,
рассматриваемая область уже представляла собой жесткий массив, на котором во
впадинах формировались, залегая с резким угловым несогласием на породах нижнего
яруса, почти горизонтальные толщи верхнего структурного этажа - слабо
метаморфизованные песчаники, условно отнесенные к свите хогландия.
Последовавшие за отложениями этой свиты тектонические нарушения и
связанные с этим периодом внедрение интрузий, условно относимых к группе
гранитов рапакиви, сопровождались расколами кристаллического фундамента. В
верхнем ярусе, в песчаниках свиты хогландия, трещины выполнены пегматитом,
позднее также брекчированным.
Простирание зон дробления преимущественно северо-восточное, видимо,
совпадало с общим направлением движения магматических масс гранитов рапакиви с
юго-запада на северо-восток.
После длительного перерыва, фиксирующегося образованием мощной коры
выветривания, толщи песчаников и интрузий верхнего протерозоя, как и другие
докембрийские породы, были трансгрессивно перекрыты осадками гдовского
горизонта венда [1].
Направление падения гдовского горизонта, определенное по кровле
четвертичной пачки, прослеживающейся на большей части территории, совпадает с
направлением склона кристаллического фундамента. Абсолютные отметки кровли этой
пачки колеблются от +15 на северо-западе и до -102,5 м, на юго-востоке.
Уклон гдовского горизонта, определенный по кровле четвертичной пачки
колеблется от 2,0 до 2,45 м на 1 км, т.е. близок к углу наклона
кристаллического ложа.
Новейшая тектоника проявилась в формировании крупных впадин.
Тектонические движения происходили в миоцене, по аналогии с районами
Скандинавии, где с тектоникой этого времени связаны нарушения в залегании
третичных отложений [1].
В настоящее время недостаточно ясен характер нарушений, обусловивших
возникновение впадин. Большинством исследователей они квалифицируются как
грабены [1].
.1.4 Геоморфология
В современном рельефе изучаемая территория относится к Приневской
низменности. Она представляет собой абразионно-аккумулятивную равнину,
ступенчато нисходящую к Финскому заливу и р. Неве. Ширина низменности достигает
35-50 км, а высота ее склонов, имеющих вид крутых уступов, колеблется от 40 до
100 м. Отметки поверхности Приневской низменности не превышают 25-30 м над
уровнем моря. Сложена она толщей четвертичных отложений, залегающих на
верхнепротерозойских и нижнекембрийских глинах [9].
Изучаемый район относится к провинции аккумулятивного ледникового и
водноледникового рельефа последнего оледенения. Рельеф подавляющей части
рассматриваемой территории связан с деятельностью последнего ледникового
покрова и претерпел сравнительно незначительные изменения в послеледниковое
время. Несомненно, что в течение всего периода существования активного ледника
наряду с аккумуляцией имело место и ледниковое выпахивание. Об этом
свидетельствуют ледниковые отторженцы - глыбы, достигающие размеров в несколько
квадратных км; присутствие валунв местных пород и локальных морен, в котрых
содержание палеозойских отложений весьма значительно; очень ограниченное
распространение четвертичных осадков довалдайского возраста. Однако, несмотря
на то что в настоящее время весьма трудно оценить денудационную деятельность
ледника и сравнить ее с аккумулятивной, представляется, что последняя в данном
районе превалировала, поскольку рельеф в целом является аккумулятивным.
Рельеф данной провинции сформировался за счет как собственной аккумуляции
ледника, так и деятельности его талых вод; при этом не смотря на то что, судя
по многочисленным скважинам, в разрезе отложений последнего оледенения
преобладает морена, разнообразие форм рельефа связано главным образом с
осадками талых ледниковых вод.
Если рассматривать более детально, то изучаемый район относится к
Балтийско-Ладожской области проксимальной зоны.
Проксимальная зона - аккумулятивные и абразионные равнины и изолированные
аккумулятивные возвышенности.
Рельефу этой территории при всем его разнообразии свойственны следующие
общие черты.
· Широкое развитие аккумулятивных озерно-ледниковых равнин.
· Спорадическое распространение холмистого аккумулятивного
ледникового и водно-ледникового рельефа в виде обособленных массивов или
отдельных гряд, преимущественно радиальных.
· Наличие крупных озерных котловин - Ладожской, Онежской.
Образование рельефа проксимальной зоны связано с регрессивным этапом
валдайского оледенения, когда благодаря усиленному таянию льда и наличию
«плотины» главного конечно-моренного пояса перед краем ледника образовались
обширные региональные водоемы, существовавшие вплоть до полного освобождения
территории из-подо льда.
Балтийско-Ладожская область - аккумулятивные террасированные равнины,
приуроченные к впадине дочетвертичного рельефа, ограниченного с юга уступом
(глинтом).
Указанная область располагается в пределах обширного понижения
доледниковой поверхности, характеризуется весьма однородным равнинным рельефом,
формирование которого связано главным образом с аккумулятивной деятельностью
позднее- и послеледниковых водоемов.
Поверхность дочетвертичного субстрата представляет собой денудационную
равнину с отметками от 25-30 до 40-50 м, наклоненную к юго-востоку и югу, где
она ограничена уступом ордовикской куэсты (глинтом).
Денудационная Балтийско-Ладожская впадина выработана в песчано-глинистых
отложениях верхнего протерозоя и нижнего кембрия. Низкое залегание кровли
доледниковых отложений, значительная расчлененность подстилающего рельефа
способствовали консервации мощной толщи осадков, преимущественно водных:
позднеледниковых московских и валдайских образований и т.д.
О происхождении современного рельефа.
Рельеф представляет собой результат длительной геологической истории
данной территории и в генетическом отношении, является многоярусным; при этом
каждый ярус соответствует определенному периоду рельефообразования.
Довалдайский ярус рельефа является денудационным, в связи с чем время его
образования определяется разницей в возрасте пород, слагающих его поверхность
(наиболее молодые - карбоновые, пермские) и перекрывающих ее (валдайские).
Поверхность этого яруса, на преобладающей части территории, представляет
собой систему куэст, происхождение которых связано с размывом моноклинально
падающих палеозойских пород различного литологического состава. Наиболее
крупными элементами рельефа является Карбоновое плато, Кембрийская низина,
Девонская низина, Ордовикское плато.
Значение денудации, как основного рельефообразующего фактора
рассматриваемого периода, сохранились и на его заключительных этапах, связанных
с покровными оледенениями; деятельность ледниковых покровов выражалась как в
аккумуляции обломочного материала, так и в экзарации подстилающей поверхности,
однако последняя в целом преобладала.
Доголоценовый ярус. Формирование этого яруса рельефа связано с ледниковой
и водноледниковой аккумуляцией периода максимального развития и отступания
валдайского оледенения; таким образом, возраст яруса определяется возрастом
слагающих его осадков.
Следует отметить, что ледниковый рельеф рассматриваемой территории
является разновозрастным, поскольку связан с различными стадиями валдайского
оледенения. [2]
Указанный период характеризуется весьма значительной скоростью
рельефообразования. За столь короткий с точки зрения геологической истории
промежуток времени был создан мощный ярус рельефа, качественно отличный от
предыдущего, как в генетическом отношении, так и по морфологии [9].
В целом преобразование поверхности первого яруса свелось к заполнению и
нивелировке ее отрицательных форм и росту положительных. Поэтому общая
амплитуда и орографический план рельефа существенно не изменились, однако
значительно возросла мелкая расчлененность последнего за счет холмистых и
линейных аккумулятивных образований. Для подавляющей части территории
поверхность этого яруса и является современной, так как формирование
последнего, третьего яруса рельефа еще находится на первых стадиях своего
развития [2].
Современный ярус рельефа распространен спорадически. Современный рельеф
Приневской низменности и прилегающих районов окончательно сформировался во
время последнего, валдайского оледенения и последовавших за ним поздне- и
послеледниковья. Формы рельефа, связанные с более древними оледенениями,
перекрыты или уничтожены при наступлении ледников последнего оледенения.
После освобождения Приневской низменности от льдов последнего оледенения
дальнейшее формирование рельефа здесь шло под влиянием абразионной и
аккумулятивной деятельности водных бассейнов, покрывавших территорию района:
приледниковых озер, двух иольдиевых морей, анцилового озера, литоринового и
древнебалтийского морей.
Особенности природного ландшафта и его окрестностей связаны с развитыми
здесь гидрографической сетью и торфяниками. Главной водной артерией района
является р. Нева [9].
2.2 Гидрогеологические условия
В гидрогеологическом разрезе рассматриваемой территории выделяются
следующие основные водоносные горизонты и комплексы:
- первый от поверхности водоносный горизонт;
- межморенный комплекс (в составе верхнего и нижнего межморенных
горизонтов);
ломоносовский горизонт;
гдовский водоносный горизонт;
Первый от поверхности водоносный горизонт имеет спорадическое
распространение и приурочен, в основном, к современным отложениям, залегающим с
поверхности, а также к маломощным песчаным прослоям в ленточных глинах и суглинках
верхнечетвертичных отложений.
Водовмещающие отложения представлены супесями и песками, преимущественно
мелкими и пылеватыми, мощностью до первых метров. Вертикальная фильтрация в
прослоях ленточных глин ничтожно мала по сравнению с движением в плановом
потоке, преобладающие значения коэффициента фильтрации песчаных прослоев
составляет менее 0.1м/сут. В связи с этим, толщу ленточных глинистых отложений
на рассматриваемой территории, в целом, допустимо отнести к относительно
водоупорной.
Зеркало грунтовых вод залегает на преобладающей глубине 0-0.5 м. Питание
грунтовых вод осуществляется за счет атмосферных осадков, разгрузка происходит
в реки Неву и Ижору. По химическому составу грунтовые воды пресные,
гидрокарбонатного состава. В связи с локальным их распространением на
рассматриваемой территории и не перспективностью для целей водоснабжения,
фильтрационные свойства и особенности химического состава не изучались.
Режим грунтовых вод - естественный. Амплитуда годовых колебаний
составляют 0.4 -1.5 м, уровни устанавливаются на глубине 0.5 -1.0 м [1].
Межморенный водоносный комплекс приурочен к площади развития системы
древних погребённых долин, протягивающихся преимущественно в широтном
направлении, и представлен верхним и нижним межморенными горизонтами.
Разделяющий межморенные горизонты водоупорный слой московской морены, не
выдержан по площади и в разрезе, что обусловливает гидравлическую взаимосвязь
горизонтов.
Верхний межморенный водоносный горизонт в пределах рассматриваемой
территории залегает на глубинах 15-35 м непосредственно под лужской мореной и
подстилается глинистыми образованиями московской морены. Водовмещающие породы,
мощностью от первых метров вблизи границ распространения горизонта до 30 м на
остальной территории, представлены преимущественно мелко- и среднезернистыми
песками, с гравийно-галечными включениями, отмечаемыми в подошве водоносного
горизонта. Водообильность верхнего межморенного горизонта характеризуется
удельными дебитами скважин 2.2-2.8 л/с.
Разгрузка осуществляется в р.Неву. Уровни подземных вод устанавливаются
на абсолютных отметках 2-5 м, понижаясь в сторону Невы. Преобладающее
направление движения подземного потока с запада-юго-запада на
восток-северо-восток.
Нижний межморенный водоносный горизонт залегает на глубинах 80-85м под
отложениями московской морены или непосредственно под верхним межморенным
горизонтом, подстилается валунными суглинками днепровской морены или
нижнекембрийскими глинами. Водовмещающие породы представлены песками различной
зернистости, мощностью от первых метров вблизи границ распространения горизонта
до 30-35 м в тальвеговой части древних долин. Водообильность горизонта
характеризуется удельными дебитами скважин до 6.9-9.4 л/с.
Характерной особенностью химического состава вод всей толщи межморенного
комплекса, независимо от глубины, является повышенное содержание железа,
составляющее 4.3-9.2 г/дм3.
Ломоносовский водоносный горизонт залегает на глубине 80-90м, представлен
песчаниками, иногда песками, с прослоями глин мощностью 10-15м. От вышележащего
межморенного водоносного комплекса отделён глинистой толщей нижнекембрийских
отложений лонтовасского горизонта; в тальвеге древних долин (где глины
полностью размыты) - валунными суглинками днепровской морены. В связи с
небольшой мощностью морены (не превышающей первых метров), в пределах узкой
полосы переуглублённой части долин наблюдается гидравлическая связь подземных
вод межморенного комплекса и ломоносовского горизонта. Это подтверждается
увеличением минерализации подземных вод с глубиной. Водообильность
водовмещающих отложений весьма низкая, удельные дебиты скважин обычно не
превышают сотых долей литра в секунду.
Горизонт напорный, величина напора составляет предположительно 60-70 м.
По химическому составу подземные воды хлоридные или хлоридно-гидрокарбонатные,
солоноватые с минерализацией 1.7-2.5 г/дм3. В пределах
рассматриваемой территории ломоносовский горизонт не имеет практического
значения для крупного водоснабжения ввиду небольшой мощности и весьма слабой
водообильности.
Гдовский водоносный горизонт. Водовмещающими породами является вся
песчано-алевролитовая толща гдовского горизонта, разделяющаяся по
литологическим особенностям на три пачки: нижняя - песчано-алевролитовая,
средняя - алевролито-глинистая и верхняя - алевролито-песчаная.
Все пачки имеют прослои водоносных песчаников. Наиболее водообильна I пачка, в нижней части которой
залегают слабые мелко и тонкозернистые песчаники мощностью от 3,5 до 8,0м. Вся
толща гдовского горизонта трещиноватая.
Кровля гдовского горизонта залегает на глубине 35,0-85м, на абсолютных
отметках от плюс 25м до минус 83м, понижаясь с северо-запада на юго-восток.
Полная мощность гдовского горизонта изменяется от 64м до 114м.
Воды напорные, трещино-порово-пластовые. Величина напора до начала
эксплуатации подземных вод в условиях ненарушенного режима изменялась от 80 до
32м, на абсолютных отметках плюс 5-17м. В настоящее время произошло
значительное снижение напоров под влиянием местной эксплуатации и развитие
депрессионной воронки со стороны Санкт-Петербурга.
Режим уровней подземных вод определяется преимущественно сезонной их
эксплуатацией.
Водообильность гдовского горизонта в исследуемом районе пестрая: удельные
дебиты скважин изменяются от 0,1л/сек до 1,2л/сек, преобладают 0,3-0,5л/сек.
Наиболее водообильной является Iпачка.
Коэффициент водопроводимости изменяется от 30,3м2/сут до 107м2/сут.
Питание водоносного горизонта (область создания высоких напоров)
находится на Центральной возвышенности Карельского перешейка.
Минерализация вод увеличивается с северо-запада на юго-восток от 240мг/л
до 5-6г/л в Санкт-Петербурге. Состав воды меняется от гидрокарбонатного
натриевого, хлоридно-гидрокарбонатного натриевого до хлоридного натриевого [5].
Глава 3. Инженерно-геологические условия участка работ
.1 Физико-географические условия участка работ
Проектируемое здание располагается в пределах территории Сестрорецкого
инструментального завода на возвышенном северо-восточном берегу Заводского
канала.
Проектируемое здание размещается вблизи бровки крутого склона, у подножья
которого протекает Заводской канал с облицованными стенками. В южной части
участка канал вплотную подходит к подножью склона, в северной - отступает и
здесь канал отделяется от подножья склона наклонной террасой с отметками
поверхности 2.5-1м и шириной 10-15м. Подземные воды, выходящие на поверхность у
подножья склона, по поверхности террасы стекают к каналу. Парапет канала служит
преградой для стекающей воды, и вдоль парапета наблюдаются скопления воды
ржавого цвета. На террасе происходит заболачивание. Здесь произрастают болотные
растения. Поверхность имеет местами ржавый цвет.
Склон берега крутой, угол наклона - около 30о. Абсолютные
отметки подошвы склона составляют 2.5-3.5м, отметки бровки - около 8м. Склон
покрыт многолетними деревьями - в основном кленом высотой до 10м. Отметки
вершины склона, на которой будет расположен корпус 26, составляют около 10м., с
ровным рельефом с абсолютными отметками 9.32-9.91 м.
Максимальная ширина канала, протекающего вдоль склона - 17м, отметка
уреза воды в канале примерно 1м. Стенки канала облицованы. Направление течения
- на северо-запад. Заводской канал переходит в реку Малая Сестра, впадающую в
Финский залив.
Участок размещения проектируемого здания является потенциально опасным
относительно проявления склоновых процессов: оползней, сплывов, размыва склона.
Весь склон захламлен отходами производства (бетонные блоки, кирпич,
металлоизделия) и бытовым мусором. Дерн на склоне практически отсутствует. В
некоторых местах наблюдается незначительный размыв поверхности склона. От
оползания и полного размыва склон предохраняют корневая система и крона крупных
деревьев. Однако наблюдается наклон отдельных деревьев в сторону падения
склона, что свидетельствует о местных подвижках грунтов.
От вершины до подошвы склона грунтовый массив сложен морскими песками с
тонкими прослоями супесей в интервале глубин 3-7.5м, перекрытыми слоем насыпных
грунтов мощностью 0.5-2.5м. С глубины 3.5-6.5м грунты насыщены водой.
3.2 Геолого-литологическое строение территории строительства
На исследуемой территории было пробурено восемь скважин (№ 1-8) по 30-ть
метров, одна (9-я) 20 м. и 10-я скважина 15-ть метров. В пределах глубины
бурения (тридцати метров) присутствуют голоценовые и верхнеплейстоценовые
отложения. Привязка скважин показана в таблице № 3 голоценовые (современные)
техногенные отложения tIV,
представленные насыпными грунтами; мощность отложений 0.5-2.5м;
голоценовые (современные) морские отложения mIV, залегающие под
техногенными отложениями, представленные в основном переслаивающимися песками,
иногда с тонкими прослоями супесей, и гравийными грунтами; с примесью
органического вещества, общая мощность морских отложений 3,0-21,0 м;
верхнеплейстоценовые озерно-ледниковые отложения lgIII, залегающие под
морскими отложениями, представленные супесями слоистыми, от текучей до
пластичной консистенции, мощностью 5,3-10,8 м; с прослоями песков мощностью до
0.5 м;
верхнеплейстоценовые ледниковые отложения gIII, залегающие под
озерно-ледниковыми отложениями до глубины 30м и ниже, представленные суглинками
с гравием, галькой до 25% и валунами пройденной мощностью 7,7-11,5 м;
Ниже, в табл. 1 приведена геолого-литологическая
характеристика грунтов. За исходное положение грунтов в разрезе принято их
напластование по скв. 1.
Таблица 1 Геолого-литологическая характеристика грунтов
|
Описание грунтов
|
Глубина залегания подошвы
|
Абс. отметки подошвы м
|
Мощность, м
|
Распространение
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
от
|
до
|
средняя
|
|
|
tIV
|
Насыпные грунты: песок, гравий, строительный мусор, обломки
кирпича, сверху асфальт до 0.15м, почвенно-растительный слой; грунты
коричневые, черные, влажные, слежавшиеся
|
0,4-2,5
|
9,1-6,7
|
0,4
|
2,5
|
1,2
|
Повсеместно
|
|
mIV
|
Пески мелкие, светло-коричневые, буро-ржавые, ожелезненные,
с примесью органического вещества, с прослоями песка от пылеватого до
гравийного от 5 до 20 см, влажные, насыщенные водой, средней плотности.
|
4,6-11,1
|
4,9-(-1,5)
|
1,3
|
8,2
|
3,95
|
Повсеместно
|
|
mIV
|
Пески пылеватые, серые, слоистые, неоднородные, с примесью
органического вещества, с гравием до 15%, иногда с прослоями гравийного
грунта, влажные, насыщенные водой, плотные
|
9,2-16,0
|
0,3-(-6,0)
|
1,3
|
10,3
|
6,0
|
Повсеместно
|
|
lgIII
|
Супеси пылеватые, переслаивающиеся с песком пылеватыми,
супесью текучей консистенции, с гравием и галькой до 15%, пластичной
консистенции
|
18,5-22,3
|
-8,6-(-13,5)
|
5,1
|
10,8
|
8,7
|
Повсеместно
|
|
gIII
|
Суглинки тяжелые, пылеватые, темно-коричневые, с включением
гальки и гравия от 10% до 25%, с единичными валунами, с прослоями пылеватых
песков до 0.5см, от полутвердой до тугопластичной консистенции, иногда с
прослоями твердых.
|
30,0 (вскрыта)
|
-20,0-(-22,9)
|
Пройденная От 7,7 до 11,5
|
9,67
|
Повсеместно
|
.3 Гидрогеологические условия
Гидрогеологические условия участка характеризуются наличием водоносного
горизонта четвертичных отложений. Водоносный горизонт приурочен к морским
пескам разной крупности (ИГЭ-2, 3). В период изысканий вскрыт на глубине
3.4-6.5м (абс. отметки 5,8 - 3,0 м). Воды безнапорные.
Максимальная многолетняя амплитуда колебания уровня безнапорного
горизонта по данным наблюдений в данном районе равна 1.5м. Максимальные уровни
данного горизонта можно ожидать на глубине 2.5м.
Коэффициент фильтрации водовмещающих грунтов в зависимости от
гранулометрического состава изменяется от 1 до 50м/сут.
Нижним водоупором безнапорного горизонта служат озерно-ледниковые супеси.
Питание безнапорного горизонта осуществляется за счет инфильтрации атмосферных
осадков и утечек из водонесущих коммуникаций.
Общее направление движения подземного потока - на юго-запад в сторону
Заводского канала. По всей протяженности подножья склона наблюдается выход
подземных вод на поверхность.
По химическому составу воды по анионам хлоридно-гидрокарбонатные, по
катионам - натриево-кальцевые, пресные, нейтральные, умеренно жесткие.
Имеются также воды спорадического распространения, приуроченные к
прослоям и линзам песков в озерно-ледниковых и ледниковых суглинках и супесях.
В периоды выпадения обильных дождей и интенсивного
таяния снега возможно появление верховодки.
3.4 Методика лабораторных работ
Исследования грунтов производились в грунтовых лабораториях в
соответствии с нормативными документами. Химический анализ подземных вод
выполнялся в химико-аналитической лаборатории.
Определение физико-механических характеристик проводились с учётом:
минимум 6 образцов на каждую литологическую разность.
В результате испытания образцов нарушенного сложения установлены
следующие физические и механические свойства грунтов:
· естественная влажность (определяемая через разность веса породы до
высушивания и после, отнесенная к весу абсолютно-сухой породы) показала у
голоценовых (современных) морских песков находящихся выше уровня грунтовых вод
в среднем 0,21. По среднему показателю влажности у верхнеплейстоценовых
озерно-ледниковых отложений получилось 0,186, а определенная средняя влажность
ледниковых составила 0,22.
· Плотность (методом непосредственных измерений, численно
равная отношению веса породы к ее объему) составляет: у голоценовых
(современных) морских песков в пределах 1,92 и 2,03 г/см3. У
верхнеплейстоценовых озерно-ледниковых отложений по среднему показателю
влажности получилось 2,15 г/см3, а у верхнеплейстоценовых ледниковых
отложений определенная средняя влажность составила 2,18 г/см3.
· пределы пластичности на границе текучести (метод балансирного
конуса) и на границе раскатывания (метод раскатывания породы в проволоку),
значения, соответственно, были определенны только для верхнеплейстоценовых
озерно-ледниковых и ледниковых.
· определение характерных влажностей и консистенции глинистого грунта.
Свойства глинистого грунта в первую очередь зависят от его
минералогического, гранулометрического состава и от влажности. С изменением
влажности меняется и его состояние (консистенция). Глинистый грунт может
находиться в твердом, пластичном или текучем состояниях. Границами между
состояниями грунта, именуемыми пределами консистенции, являются характерные
значения влажности: нижний предел - граница раскатывания и верхний предел -
граница текучести. Граница раскатывания - это влажность, при увеличении которой
грунт переходит из твердого состояния в пластичное, а граница текучести - это
влажность, при увеличении которой грунт переходит из пластичного состояния в
текучее.
· число пластичности глинистой породы определяют по разности между
влажностями, соответствующими пределу текучести и пределу пластичности
· гранулометрический состав ситовым методом (с помощью
специального набора сит рассеивают на отдельные фракции, после этого определяют
вес и процентное содержание в ней каждой фракции).
Гранулометрический состав ситовым методом был применен к современным
отложениям морского происхождения. Был определен коэффициент неоднородности
который варьирует от 3,89 до 8,20, значения свидетельствуют что пески являются
неоднородными.
Помимо выше написанных характеристик определялись и другие
Так же были определены механические свойства грунтов.
Определение прочностных характеристик проводил на сдвиговых приборах
ВСВ-25 конструкции «Гидропроекта» (рис 1) на образцах с ненарушенной структурой
(монолитах). При исследовании прочностных характеристик испытания пород
проходят по схеме быстрого сдвига (неконсолидированно-недренированный сдвиг)
без предварительного уплотнения - при уплотняющих нагрузках, соизмеримых с
весом сооружений. [4]
Рис 1. 1 - грунт в подвижном кольце; 2 - грунт в неподвижном кольце; 3 -
рабочее кольцо; 4 - срезная каретка; 5 - корпус прибора; 6 - боковой штамп; 7 -
опорная плита; 8 - динамометр
Сопротивление грунтов сдвигу является их важнейшим прочностным
показателем. Оно необходимо для расчета устойчивости и прочности оснований,
оценки устойчивости откосов, расчета давления грунтов на подпорные стенки и
других инженерных расчетов.
Разрушение грунта основания под фундаментом сооружения наступает, если
действующие здесь касательные напряжения превышают сопротивление грунта сдвигу.
Разрушение проявляется в виде скольжения (сдвига) грунтовых агрегатов или
отдельных частиц относительно друг друга. Сопротивление грунта сдвигу
обусловливается силами трения и сцепления (связности). И хотя четкого разделения
сопротивления сдвигу на силы трения и сцепления не существует, прочностными
(сдвиговыми) характеристиками грунта являются: удельное сцепление С (кПа), и
угол внутреннего трения φ (град).
Эти характеристики являются параметрами линейной зависимости τ = f(p). Для песчаных грунтов эта
зависимость выражается формулой
τ = p tg φ , (а)
где τ - сопротивление грунта сдвигу (срезу), кПа; p - нормальное
давление на грунт, кПа; tg φ - коэффициент внутреннего трения; φ - угол внутреннего трения.
Сопротивление песчаных грунтов сдвигу обусловлено силами трения, прямо
пропорционально нормальному давлению. Силы сцепления в сыпучих грунтах
незначительны и ими часто пренебрегают.
В глинистых грунтах сопротивление сдвигу обусловлено силами трения и
сцепления частиц грунта, т.е.
τ = p · tg φ + C, (б)
где С - удельное сцепление грунта.
Определение сопротивления грунтов сдвигу производится методами:
- консолидированного (медленного) сдвига, при котором до приложения сдвигающего
усилия образец уплотняют соответствующим вертикальным давлением. Испытание
проводится в условиях свободного оттока воды (дренирования). Метод применяется
для исследования грунтов в условиях уплотненного состояния и дает возможность
оценить прочность основания построенного сооружения;
- неконсолидированного (быстрого) сдвига, при котором сдвигающее усилие
прикладывается без предварительного уплотнения образца в условиях отсутствия
дренирования. Метод применяется для исследования грунтов в условиях
нестабилизированного состояния (для суглинков и глин при степени влажности Sr ≥
0,85 и показателе текучести JL ≥ 0,5).
Определение τ необходимо производить не менее чем при трех
различных величинах вертикального давления p на трех образцах грунта,
вырезанных из одного однородного по строению и составу монолита или, в
необходимых случаях, на образцах, подготовленных в лаборатории. Результаты
вычислений записывают в таблицу.
Значения, полученные по прочностным характеристикам верхнеплейстоценовых
озерно-ледниковых отложений составляют:
Таблица 2
|
Удельное сцепление С кПа (кгс/см2)
|
Угол внутреннего трения, j град.
|
|
13 (0.13)
|
13.0
|
|
40 (0.4)
|
27.1
|
|
13 (0.13)
|
18
|
|
13 (0.13)
|
13
|
|
58 (0,58)
|
27
|
|
22 (0,22)
|
15,1
|
Прочностные характеристики верхнеплейстоценовых ледниковые отложений,
полученные быстрым сдвигом составляют:
Таблица 3
|
Удельное сцепление, С кПа(кгс/см2)
|
Угол внутреннего трении, j град.
|
|
45(0.45)
|
19
|
|
44(0.44)
|
18
|
|
22(0.22)
|
28
|
|
83(0.83)
|
25,7
|
|
85(0.85)
|
38.4
|
|
121(1.21)
|
24
|
|
53(0.53)*
|
20
|
|
111(1.11)
|
26
|
|
102(1.02)
|
26
|
|
93(0.93)
|
26
|
· Исследование деформационных свойств глинистых пород проводили испытание
на компрессию, где происходит деформация уплотнения породы без возможности
бокового расширения. Эти испытания проводились на компрессионном приборе
конструкции Н.Н. Маслова.
Наиболее важным деформационным свойством грунтов является их сжимаемость.
Сжимаемостью грунтов называется их способность уменьшаться в объеме под
действием внешней нагрузки. Сжимаемость зависит от пористости грунтов,
гранулометрического и минералогического состава, природы внутренних структурных
связей и характера нагрузки.
Характеристиками сжимаемости являются: коэффициент сжимаемости m0, МПа-1;
коэффициент относительной сжимаемости mV, МПа -1; модуль общей деформации Ео,
МПа и структурная прочность грунта Рстр, МПа.
Одним из способов определения характеристик сжимаемости в лабораторных
условиях являются компрессионные испытания. Это испытания грунта в условиях
одноосного сжатия без возможности бокового расширения. Компрессионное сжатие
моделирует процесс уплотнения грунта под центром фундамента. Компрессионные
испытания грунтов производят в одометрах - приборах с жесткими металлическими
стенками, препятствующими боковому расширению грунта при сжатии его
вертикальной нагрузкой (рис 2). При испытаниях происходит уплотнение грунта за
счет уменьшения объема пор и влажности. Для оценки сжимаемости грунта строят
график зависимости коэффициента пористости (е) от вертикального давления (Р),
получают так называемую компрессионную кривую.
Компрессионная зависимость состоит из двух ветвей: кривой уплотнения и кривой
набухания. Кривая набухания получается при разгрузке первоначально сжатого
образца. В этом случае будет происходить увеличение объема и пористости
образца. Увеличение объема грунта при снятии нагрузки характеризует упругие
деформации, а разность между первоначальным объемом и объемом образца после
разгрузки - остаточные деформации. Во многих случаях в пределах небольших
изменений давлений компрессионная кривая сравнительно близка к секущей прямой
(хорде) АВ. Тангенс угла наклона этой прямой к оси абсцисс характеризует
сжимаемость грунта и называется коэффициентом сжимаемости.
Рис 2. Схема компрессионного прибора 1 - корпус; 2 - поддон корпуса; 3 -
основание корпуса; 4 - рабочее кольцо; 5 - направляющее кольцо; 6 -
перфорированный вкладыш; 7 - перфорированный штамп; 8 - крышка; 9 - втулка; 10
- шток; 11 - спускная пробка; 12 - штуцер; 13 - резиновая прокладка; 14 -
заглушка; 15 - прижимное кольцо верхнее; 16 - прижимное кольцо нижнее; 17 -
гайка; 18 - стойка; 19 - шланг; 20 - стеклянная трубка; 21 - индикатор; 22 -
держатель индикатора; 23 - опорная пятка индикатора; 24 - шарик; 25 - образец
испытываемого грунта
Коэффициент сжимаемости есть отношение изменения коэффициента пористости
к разности давлений. Значение коэффициента сжимаемости определяется по формуле
m0 = tg a = (е1- е2)/( p2 - p1) , (в)
где е1 - значение коэффициента пористости при давлении p1;
е2 - значение коэффициента пористости при давлении p2.
Для образцов озерно-ледникового происхождения среднее значение
коэффициента сжимаемости составило 0,053 см2/кг, минимальное 0,026
см2/кг максимальное 0,092 см2/кг. По среднему значению
грунты относятся к среднесжимаемым грунтам.
Для образцов ледникового происхождения среднее значение коэффициента
сжимаемости составило 0,02 см2/кг, минимальное 0,007 см2/кг
максимальное 0,034 см2/кг. По среднему значению грунты относятся к
малосжимаемым грунтам.
Модулем общей деформации называется коэффициент пропорциональности между
относительной деформацией и вертикальным давлением. Модуль общей деформации
используется при расчете осадок фундаментов.
по следующей формуле:
Е0 = Pi h/ D hi ·β = (1 + е0)/ m0·β = β / mV, (д)
где β - поправка, учитывающая отсутствие поперечного расширения
грунта в компрессионном приборе.
Средний модуль деформации грунтов ледникового и озерно-ледникового
происхождения отличны на 45%. Для первых средний модуль деформации составляет
10,04 МПа, для вторых 22,25 МПа
В результате проведения лабораторных исследований составлены таблицы
физических свойств грунтов и механических характеристик (c, j, Е) супесей и суглинков.
геологический грунт откос фундамент
3.5 Физико-механические свойства грунтов в зоне влияния
проектируемого участка
В ходе камеральной обработки лабораторных данных в соответствии с нормативными
документами были составлены сводные ведомости физических и механических свойств
грунтов, что позволило в пределах возможной сферы взаимодействия проектируемого
здания с геологической средой выделены следующие инженерно-геологические
элементы (ИГЭ).
ИГЭ-1. Насыпные грунты песок, гравий, строительный мусор, обломки
кирпича, сверху асфальт до 0.15м, почвенно-растительный слой; грунты
коричневые, черные, влажные, слежавшиеся (t IV); Имеет преимущественно размер частиц от 2 до 1 мм до 35%.
Расчетное сопротивление R= 600
кПа
ИГЭ-2. Пески мелкие, светло-коричневые, буро-ржавые, ожелезненные, с
примесью органического вещества, с прослоями песка от пылеватого до гравийного
от 5 до 20 см, влажные, насыщенные водой, средней плотности (m IV.) Обладают нормативными углом внутреннего трения в 360,
сцеплением 6 кПа и модулем деформации Е= 48 МПа, при плотности частиц грунта
2,64 г/см3 и средней влажностью 0,21, при преобладании частиц от 0,1 до 0,5 мм
до 48,8%.
ИГЭ-3. Пески пылеватые, серые, слоистые, неоднородные, с примесью
органического вещества, с гравием до 15%, иногда с прослоями гравийного грунта,
влажные, насыщенные водой, плотные (m IV). Обладают
нормативными значениями, такие как угол внутреннего трения 340,
сцеплением 8 кПа и модулем деформации равном 40 МПа при плотности частиц грунта
2,63 г/см3, плотностью 2,03 г/см3 с преобладанием частиц от 0,1 до 0,25 мм до
31,5%
ИГЭ-4. Супеси пылеватые, переслаивающиеся с песком пылеватым, супесью
текучей консистенции, с гравием и галькой до 15%, пластичной консистенции.
Обладают средним удельным сцеплением С = 26.5 кПа, имеют угол внутреннего
трении j = 18 град, модуль общей деформации,
Е = 10 МПа при плотности частиц грунта 2,15 г/см3, плотностью 2,70 г/см3 и
коэффициентом пористости 0,481. (lg
III);
По данным полевых, лабораторных и камеральных работ были построены
инженерно-геологические колонки и разрезы.
Значения, полученные в ходе лабораторных испытаний важны для будущих
расчетов. В дипломной работе будет производиться расчет осадки свайного
фундамента, для которого необходимо найти наиболее приемлемый вариант для
основания. Опираясь на пункты 3.5 и 3.4 и заметно, что из всех пяти
инженерно-геологических элементов мореные отложения является приемлемым
основанием для фундамента, а именно ИГЭ 5 суглинки, т. к. они имеют тугопластичную
консистенцию, малосжимаемые (0,059см2/кг), непросадочные.
4. Инженерно-геологические расчеты
.1 Краткая техническая характеристика проектируемого
сооружения
На основании полученных полевых, лабораторных материалов были произведены
инженерно-геологические расчеты по осадки свайного фундамента, крена фундамента
и устойчивости откоса.
Краткая техническая характеристика здания:
уровень ответственности - II;
количество этажей - 14;
размеры в плане -145х30м;
конструкция здания - каркасное;
диаметр уширения - 0,6 м.
основные несущие конструкции - железобетонный каркас (колонны, стены,
безбалочные перекрытия);
тип фундамента - свайный (набивные сваи диаметром 700мм);
нагрузка на сваю - 2500 кН (250тс)
наличие подвала, его назначение и заглубление от поверхности земли -
двухуровневый подвал для автостоянок и технических помещений, заглубление 7,5
м.
По условиям: технической характеристики, лабораторных данных и
инженерно-геологических колонок и разрезов видно, средой для заглубляемых до
7.5м автостоянок и технических помещений будут служить: насыпные грунты,
влажные и насыщенные водой пески, в том числе водонасыщенные пылеватые пески.
Основанием для будущего фундамента будут служить суглинки тугопластичные.
Абсолютная отметка нижнего конца сваи от -15,0 до -22,2 м.
4.2 Расчет устойчивости откоса
.2.1 Общие сведения
Как уже было сказано: проектируемое здание размещается вблизи бровки
крутого склона, у подножья которого протекает канал с облицованными стенками. В
южной части участка канал вплотную подходит к подножью склона, в северной -
отступает.
Склон берега крутой, угол наклона - около 30о. Абсолютные
отметки подошвы склона составляют 2.5-3.5м.
Участок размещения проектируемого здания является потенциально опасным
относительно проявления склоновых процессов: оползней, сплывов, размыва склона.
Весь склон захламлен отходами производства. Дерн отсутствует. В некоторых
местах наблюдается незначительный размыв поверхности склона. От оползания и
полного размыва склон предохраняют корневая система и крона крупных деревьев.
Однако наблюдается наклон отдельных деревьев в сторону падения склона, что
свидетельствует о местных подвижках грунтов.
От вершины до подошвы склона грунтовый массив сложен пылеватыми и мелкими
песками с тонкими прослоями супесей в интервале глубин 3-7.5м. С глубины
3.5-6.5м грунты насыщены водой.
Склоном называется откос, образованный природным путем и ограничивающий
массив грунта естественного сложения.
При неблагоприятном сочетании разнообразных факторов массив грунтов,
ограниченный откосом или склоном, может перейти в неравновесное состояние и
потерять устойчивость.
Основными причинами потери устойчивости откосов и склонов являются:
· устройство недопустимо крутого откоса или подрезка склона,
находящегося в состоянии, близком к предельному;
· увеличение внешней нагрузки (возведение сооружений,
складирование материалов на откосе или вблизи его бровки);
· изменение внутренних сил (увеличение удельного веса грунта
при возрастании его влажности или, напротив, влияние взвешивающего давления
воды на грунты);
· неправильное назначение расчетных характеристик прочности
грунта или снижение его сопротивления сдвигу за счет, например повышения
влажности;
· проявление гидродинамического давления, сейсмических сил,
различного рода динамических воздействий (движение транспорта, забивка свай и.
т.п.).
.2.2 Инженерные методы расчета устойчивости склонов
В проектной практике применяются инженерные методы расчета устойчивости,
содержащие различного рода упрощающие предположения. Наиболее распространенный
из них - метод круглоцилиндрических поверхностей скольжения, относящий к схеме
плоской задачи.
Рис. 1. Схема к расчету устойчивости откосов методом круглоцилиндрических
поверхностей скольжения: а) - расчетная схема; б) - определение положения
наиболее опасной поверхности скольжения; 1, 2, … - номера элементов.
Рассмотрим широко используемую модификацию этого метода. Предположим, что
потеря устойчивости склона, представленного на рис. 1, а, может произойти в
результате оползания отсека грунтового массива относительно некоторого центра 
. Поверхность скольжения в этом
случае будет представлена дугой окружности с радиусом r и центром в точке . Смещающийся массив рассматривается
как недеформируемый отсек, все точки которого участвуют в общем движении.
Коэффициент устойчивости принимается в виде
(1)
где 
и 
- моменты относительно центра вращения всех сил, соответственно
удерживающих и смещающих отсек.
Для определения входящих в формулу моментов отсек грунтового массива
разбивается вертикальными линиями на отдельные элементы. Характер разбивки
назначается с учетом неоднородности грунта отсека и профиля склона так, чтобы в
пределах отрезка дуги скольжения основания каждого i-го элемента прочностные
характеристики грунта j и с были постоянными. Вычисляются силы, действующие на
каждый элемент: вес грунта в объеме элемента 
и равнодействующая нагрузки на его
поверхность 
. При необходимости могут быть также учтены и другие
воздействия (фильтрационные, сейсмические силы и т.д.). Равнодействующие сил 
считаются приложенными к основанию
элемента и раскладываются на нормальную 
и касательную 
составляющие к дуге скольжения в
точке их приложения. Тогда
; 
(2)
Соответственно момент сил, вращающих отсек вокруг 0, определился как
(3)
где п - число элементов в отсеке.
Принимается, что удерживающие силы в пределах основания каждого элемента 
обусловливаются сопротивлением сдвигу
за счет внутреннего трения и сцепления грунта. Тогда с учетом выражения для
закона кулона 
можно записать
, (4)
где 
- длина дуги основания i-го элемента, определяемая как
. (5)
Здесь 
- ширина элемента)
Отсюда момент сил, удерживающих отсек, будет иметь вид
. (6)
Учитывая формулу (1), окончательно получим
(7)
При к = 1,25-1,5 и выше устойчивость отсека массива грунта относительно
выбранного центра вращения 0 считается обеспеченной. Основная сложность при
практических расчетах заключается в том, что положение центра вращения 0 и
выбор радиуса r, соответствующие наиболее опасному случаю, неизвестны. Поэтому
обычно проводится серия таких расчетов при различных положениях центров вращения
и значениях r. Чаще всего наиболее опасная поверхность скольжения проходит
через нижнюю точку откоса или склона. Однако если в основании залегают слабые
грунты с относительно низкими значениями прочностных характеристик j и с, то
это условие может не выполняться.
Следуя выше сказанного, получаем
Таблица 4
|
R
|
22,6
|
м
|
|
L
|
22,078
|
м
|
|
π
|
3,14
|
|
|
δ
|
56
|
|
При дальнейших расчетах находим моменты относительно центра вращения всех сил, соответственно удерживающих
и смещающих отсек.
Таблица 5
|
N
|
S
|
G=S*ρ
|
sinλ=x/R
|
G*sinλ
|
cosλ=z/R
|
cosλ*G
|
|
1
|
2,18
|
4,415
|
0,040
|
0,176
|
0,987
|
4,357
|
|
2
|
1,80
|
3,654
|
0,128
|
0,469
|
0,956
|
3,492
|
|
3
|
3,80
|
7,714
|
0,217
|
1,673
|
0,916
|
7,065
|
|
4
|
5,20
|
10,556
|
0,305
|
3,223
|
0,889
|
9,388
|
|
5
|
6,20
|
12,586
|
0,394
|
4,956
|
0,872
|
10,971
|
|
6
|
6,80
|
13,804
|
0,482
|
6,658
|
0,867
|
11,972
|
|
7
|
6,80
|
13,804
|
0,571
|
7,879
|
0,872
|
12,033
|
|
8
|
6,60
|
13,398
|
0,637
|
8,537
|
0,894
|
11,975
|
|
9
|
5,20
|
10,556
|
0,748
|
7,894
|
0,920
|
9,715
|
|
10
|
0,80
|
1,624
|
0,765
|
1,243
|
0,942
|
1,531
|
|
11
|
1,35
|
2,741
|
0,832
|
2,280
|
0,969
|
2,656
|
|
Σ
|
|
|
|
44,987
|
|
85,155
|
Тогда коэффициент устойчивости
к
=
= 1,59
Вычисления
показали, что полученное значение соответствует устойчивому откосу.
4.2.3 Мероприятия по повышению устойчивости склона
Независимо от расчета устойчивости откоса (т. к. расчет применим к
идеальной модели) необходимо учесть ряд факторов, которые могут повлиять на
обрушения склона.
При строительстве нового здания, ожидаются внешние воздействия, которые
могут привести к активизации склоновых процессов и размыву склона. К ожидаемым
внешним воздействиям относятся: динамические воздействия складирование грунтов,
извлеченных из котлована, и строительных материалов вблизи бровки склона,
интенсивное передвижение автотранспорта и строительных механизмов вдоль бровки
склона, вырубка деревьев на склоне, сброс на склон откачиваемой из котлована
воды, а также поверхностных и сточных вод.
Пески, залегающие на склоне, относятся к легко размываемым грунтам.
Поэтому, в случае вырубки деревьев на склоне, начнется интенсивный размыв
склона атмосферными и талыми водами, а также водами, сбрасываемыми на склон в
процессе строительных работ.
Таким образом, относительно устойчивое состояние склона может быть
нарушено с началом строительных работ по возведению нового здания, в связи с
чем, необходимо выполнить ряд мероприятий для обеспечения устойчивости склона:
исключить складирование грунтов, строительных материалов,
минимизировать динамические воздействия;
не допускать уничтожения деревьев на склоне;
восстановить почвенно-растительный покров на склоне;
не допускать сброса на склон воды,
очистить склон от производственных и бытовых отходов;
обеспечить дренирование подземных вод, выходящих на поверхность у
подножья склона и скапливающихся у парапета канала, что одновременно будет
способствовать снижению уровня подземных вод в грунтовом массиве.
В данном дипломе рассматривается вариант, когда разрабатываются сложные
конструктивные мероприятия типа прорезания потенциально неустойчивого массива
грунтов системой набивных свай, входящих в подстилающие неподвижные части
массива.
4.3 Осадка сооружения с использованием расчетной модели
Осадка сооружения является одним из важнейших параметров при
проектировании сооружения и оценке возможности его строительства на данной
территории. В данной части работы приводятся расчет осадки сооружения методом
послойного суммирования и расчет осадки свайного фундамента с учетом взаимного
влияния свай в кусте. По классификации сооружение относится ко второму уровню
ответственности. Предельно допустимая осадка здания не должна превышать 0,2
метров.
.3.1 Определение несущей способности свай
Условия расчета несущей способности применяем, если передаются
значительные горизонтальные нагрузки, в том числе расположение на откосе или
вблизи него.
Одиночную сваю в составе фундамента и вне его по несущей способности
грунтов основания следует рассчитывать, исходя из условия:
1
Где N - расчетная нагрузка, передаваемая
на сваю;
Fd - расчетная несущая способность грунта основания одиночной сваи;
kн = 1,4 - коэффициент надежности.
Несущую способность 
кН (тс), набивной свай с уширением следует определять по
формуле
2
где 
- коэффициент условий работы сваи; 
- коэффициент условий работы грунта под нижним концом сваи
коэффициент следует принимать 
R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа (тс/
), по табличное значение, зависящее
от физических свойств грунта. В нашем случае R= 1400 кПа/140 т/м2- площадь опирания сваи, . А = 1,327 м2- периметр
поперечного сечения ствола сваи, м; u= 2,198 м
- коэффициент условий работы грунта на боковой поверхности
сваи, зависящий от способа образования скважины и условий бетонирования и
принимаемый по табличное значение; =0,8
- расчетное сопротивление i-гo слоя грунта на боковой
поверхности ствола сваи, кПа (тс/
), принимаемое по таблице, зависящее
от физических свойств грунта и глубины i-го слоя
- толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой
поверхностью сваи, м;
Приведен пример расчета по скважине № 5
Определение несущей способности свай
Таблица 5
|
№
|
ИГЭ
|
Наименование грунта
|
Расчетный слой hi,м
|
Длина l,м
|
Трение по боковой пов-ти fi, кПа(т/м2)
|
|
1
|
3
|
Пески пылеватые
|
1,3
|
1,3
|
15(1,5)
|
|
2
|
3
|
Пески пылеватые
|
1,5
|
1,9
|
18(1,8)
|
|
3
|
4
|
Супеси пластичные
|
2,0
|
3,5
|
9(0,9)
|
|
4
|
4
|
Супеси пластичные
|
2,0
|
5,5
|
10(1,0)
|
|
5
|
4
|
Супеси пластичные
|
2,0
|
7,5
|
10(1,0)
|
|
6
|
4
|
Супеси пластичные
|
2,0
|
9,5
|
10(1,0)
|
|
7
|
4
|
Супеси пластичные
|
1,3
|
11,0
|
11(1,1)
|
|
8
|
4
|
Супеси пластичные
|
1,3
|
12,0
|
11(1,1)
|
|
9
|
5
|
Суглинки тугопластичные
|
1,5
|
13,8
|
42(4,2)
|
|
10
|
5
|
Суглинки тугопластичные
|
1,5
|
15,1
|
43(4,3)
|
По полученным данным находим:
Fd= 1*(1,3*140*1,327+2,198*Σ
0,8*(1,5*1,3+1,8*1,5+0,9*2,0+1,0*2,0+
1,0*2,0+1,0*2,0+1,1*1,3+1,1*1,3+1,5*4,2+1,5*4,3)=290,9т
Получаем тем же способом для остальных скважин:
Таблица 6
|
№ скв
|
Несущая способность, Fd т
|
|
1
|
334,2
|
|
2
|
308,1
|
|
3
|
304,2
|
|
4
|
303,8
|
|
5
|
290,9
|
|
6
|
319,9
|
|
7
|
303,8
|
|
8
|
309,9
|
Вывод: как видно из расчетов минимальное значение по несущей способности
равное 290,9 т является достаточным при расчете свайного фундамента.
4.3.2 Расчет осадок методом послойного суммирования
Общие данные по расчету: длина свай 18 м. Свайный фундамент имеет
прямоугольный вид и включает в себя 8 свай (две сваи по ширине и четыре - по
длине). Расстояние между осями свай составляет 2,8 метра. Диаметр сваи 0,7
метров. Высота ростверка 0,7 метра, при плотности 2,5 т/м3.
Нормативная нагрузка на уровне обреза ростверка 2500,0 т. Вес ростверка 115,71
т. Вес свай 132,94 т. Расчет проводится по скважине № 5 т. к. значение по
несущей способности было получено наименьшим. Осадка свайного фундамента по
существующим нормативным документам не должна превышать 8,0 см.
Из общих данных определяем осадку свайного фундамента через формулу:
(1)
где
b - безразмерный коэффициент, 
;
-
среднее давление дополнительного вертикального нормального напряжения в i-том
слое грунта;
-
толщина i-того слоя;
- модуль
деформации i-того слоя.
Для
нахождения необходимо знать:
Средний
угол внутреннего трения для грунта в пределах глубины установки свай
определяется по формуле:
φср= 
(2)
φ1,2,3 -угол внутреннего трения грунтов
h1,2,3- мощность грунта.
φср = 
= 20,04
Ширина
условного фундамента
, (3)
h -
длина свай;
Длина условного фундамента
; (4)
Площадь условного фундамента
(5)
;
м;
м2.
Вес грунта в пределах условного фундамента:
Nн3=(Ауф*h1-Np/ρр)*ρгр+(Ауф*h2-d2*h2)*ρгр+(Ауф*h3-d2*h3)*ρгр+(Ауф*h4-d2*h4)*ρгр (6)
Nн3 = 3140, 69 тс
Удельное давление для подошвы свайного фундамента:
Nф=Nн3+Nсв+Nр (7)
Nсв
- вес свай
Nр
- вес ростверка
Nф = 3389,34 тс.
Давление на грунт под подошвой условного фундамента:
Рун
= 
; (8)
N0-нормативная нагрузка на уровне
обреза ростверка
Рун=2500,0+3389,34/81,80=71,9 тс
Природное напряжение под подошвой
Рσz = Σ ρ*h (9)
Рσz=40,3 т/м2
Давление на основание на уровне подошвы фундамента
Рzi=Рун- Рσz (10)
Рzi= 31,69 т/м2;
Таблица 7
Расчеты по нахождению глубины активной зоны
|
№
|
№ ИГЭ
|
Z
|
m=2*Z/bус
|
К
|
σzg кг/тм2
|
σzpi кг/см2
|
σzp кг/см2
|
0,2*σzg кг/см2
|
|
1
|
|
0
|
0
|
1
|
4,029
|
3,169
|
3,169
|
0,806
|
|
2
|
|
0,5
|
0,150
|
0,994
|
5,119
|
3,150
|
3,120
|
1,024
|
|
3
|
1,0
|
0,300
|
0,981
|
6,209
|
3,090
|
3,010
|
1,242
|
|
4
|
|
1,5
|
0,450
|
0,948
|
7,299
|
2,929
|
2,814
|
1,460
|
|
5
|
|
2,0
|
0,600
|
0,921
|
8,389
|
2,698
|
2,554
|
1,678
|
|
6
|
|
2,5
|
0,750
|
0,893
|
9,479
|
2,409
|
2,205
|
1,896
|
|
7
|
|
3,0
|
0,900
|
0,83
|
10,569
|
2,000
|
1,795
|
2,114
|
|
8
|
|
3,5
|
1,050
|
0,795
|
11,659
|
1,590
|
1,370
|
2,332
|
Как видно из расчетов осадка свайного фундамента в пределах активной
зоны, находящиеся на глубине 3,5 метрах (абсолютная отметка -17,00 м),
составляет:
S=0,8*((0,5*3,169/445)+(0,5*3,120/222,5)+(0,5*3,010/222,5)+(0,5*2,814/222,5)+(0,5*2,554/222,5)+(0,5*2,205/222,5)+(0,5*1,795/222,5)+(0,5*1,370/222,5))=0,033м
=3,30 см
Осадка не превышает допустимых значений.
4.4 Расчет крена свайного фундамента
Крен свайного фундамента определяется по формуле крена прямоугольного
фундамента:
i=8*io*(1-υ2)*
(11)
В данной формуле М - момент, действующий на фундамент. Его значение
определяется по расчетной схеме, в которой здание представляется жестко
заделанной вертикальной консолью, на которую действует ветровая нагрузка с
учетом пульсационной составляющей. Значение момента, действующего на фундамент,
был задан.
io - безразмерный коэффициент, устанавливается в зависимости от
отношения глубины заложения свай и длины фундамента и от отношения длины на
ширину фундамента. Таким образом, io= 0,375
υ- коэффициент Пуассона (0,35)
γf=1
Е= 222,5 кг/см2= модуль деформации грунта в основании свай
L, b- длина и ширина фундамента
i =
8*0,375*(1-0,352)*
=
0,000022
Данное
значение не превышает допустимого значения в 0,0024
Заключение
Здание располагается в пределах территории Сестрорецкого инструментального
завода на возвышенном северо-восточном берегу Заводского канала.
Инженерно-геологические условия рассматриваемого участка относятся к сложным (III категория).
В ходе работы были определены физико-механические свойства литологических
разностей, выделены инженерно-геологические элементы, построены
инженерно-геологические колонки и разрезы.
В дипломной работе даны общие сведения по объекту, а также по расчетам. В
физико-географической характеристики территории строительства замечено
существование склона визуально неустойчивого. По склону был произведен расчет
методом круглоцилиндрических поверхностей. Расчетное значение показало, что
откос является устойчивым. Но в виду ряда факторов были даны рекомендации по
укреплению откоса, а также в выборе свай и свайного фундамента.
Для дальнейших расчетов был определен ИГЭ в качестве несущего слоя для
свайного фундамента и техпомещений. Проверена несущая способность свай. Расчеты
по осадки свайного фундамента проводились, основываясь на полевые и
лабораторные данные. Проведенные расчеты показали, что осадка свайного
фундамента не превысила допустимого значения.
По итогам расчета - суглинки тугопластичные ИГЭ-5 будут служить надежным
основанием для будущего сооружения. А данный вид свай приемлемое конструктивное
мероприятие по укреплению склона, которое будет служить надежным фундаментом
для будущего сооружения.
Список используемой литературы
1. Геология СССР. Ленинградская, Псковская и Новгородская
области. 1 и 2 том - Недра 1971 - 467с., 1975 - 423с.
. Геоморфология и четвертичные отложения Северо-Запада
европейской части СССР (Ленинградская, Псковская и Новгородская обл.). Изд-во
«Наука», Ленингр. отд., Л.1969, стр 1-256.
3. Лаврушин Ю.А. Ледниковые отложения Северо-Запада
европейской части СССР., - М., 1976. - 332 с.
. Ломтадзе В.Д. Методы лабораторных исследований
физико-механических свойств горных пород (Руководство к лабораторным занятиям
по инженерной геологии). Л., «Недра», 1972. 312 с.
. Отчет о комплексном геологическом,
гидрогеологическом и инженерно-геологическом доизучении масштаба 1:50000 общими
поисками и геоэкологическом картировании территории г. Санкт-Петербурга и его
окрестностей. Книга 2. г.С-Пб, 2001.
. СНиП 2.02.03-95 Свайные фундаменты.
. Фурса В.М. Строительные свойства грунтов района Ленинграда.
Строийздат, Ленингр. отд-ние, 1975, 143с.
. Цытович Н.А. Механика грунтов (краткий курс):
Учебник для вузов. - 3-е изд., доп. - М.: Высш. школа, 1979. - 272 с., ил.
. Геология и полезные ископаемые Ленинградской
области. Киселев И.И., Проскуряков В.В., Саванин В.В. - С.-Петербург, 1997 -
273с.
. Механика грунтов в практике строительства Н. Н.
Маслов. Москва Стройиздат 1977 г.
Таблица №3
|
№ п/п
|
Номер выработки
|
Координаты
|
Глубина выработки, м
|
Абсолютная отметка устья, м
|
|
|
Х
|
У
|
|
|
|
1
|
Скв.1
|
112117.88
|
94369.87
|
30
|
9.9
|
|
2
|
Скв.2
|
112131.72
|
94351.66
|
30
|
9.5
|
|
3
|
Скв.3
|
112169.71
|
94339.52
|
30
|
9.5
|
|
4
|
Скв.4
|
112198.66
|
94333.31
|
30
|
8.1
|
|
5
|
Скв.5
|
112225.73
|
94320.10
|
30
|
7.1
|
|
6
|
Скв.6
|
112149.66
|
94370.40
|
30
|
10.0
|
|
7
|
Скв.7
|
112192.46
|
94359.73
|
30
|
9.8
|
|
8
|
Скв.8
|
112220.96
|
94341.32
|
30
|
9.6
|
|
9
|
Скв.9
|
112225.73
|
94369.87
|
15
|
3.45
|
|
10
|
Скв.10
|
112192.46
|
94333.31
|
20
|
3.4
|