Фундаменты на набухающих грунтах
Обновлено: 15.05.2024
Понятие
Набухающие грунты – это один из видов структурно-неустойчивых грунтов. Следовательно, им присуща способность к резкому снижению прочности структурных связей между частицами при определенных воздействиях во время строительства и эксплуатации зданий и сооружений. Таким воздействием является замачивание грунтов водой и особенно растворами серной кислоты.
К набухающим относят глинистые грунты с большим содержанием гидрофильных глинистых минералов (монтмориллонит) и малой влажностью в природном состоянии (W
Таким образом, набухающие грунты отличаются набуханием (увеличением объема) при увлажнении и усадкой (уменьшением объема) при высыхании.
Распространение
Набухающие грунты имеют широкое распространение. Такие грунты распространены в Египте, Бирме, США, ЮАР, а в Индии более 30% территории занимают так называемые хлопковые почвы. В странах СНГ такие грунты встречаются в Казахстане, Грузии, Азербайджане, Украине, России (Поволжье, Северный Кавказ и других районах). Распространены набухающие грунты в равнинах, реже в предгорных районах, и приурочены к зонам сухих степей и полупустынь. Для районов развития набухающих грунтов характерно незначительное количество атмосферных осадков, общий дефицит влажности воздуха, продолжительные засушливые периоды в летнее время. По условиям залегания набухающие грунты в отличие от лессовых пород могут занимать не только покровное положение, но и располагаться на значительной глубине от поверхности земли. Мощность набухающих грунтов колеблется от нескольких метров до нескольких десятков метров.
Причины набухания
Анализ деформаций различных зданий и сооружений, а также натурные наблюдения, проведенные в нашей стране и за рубежом, позволили установить, что набухание и усадка грунтов происходят в результате:
— техногенного замачивания (утечки из водонесущих коммуникаций, фильтрация воды из каналов);
— повышение уровня подземных вод
— сезонного изменения влажности набухающих грунтов под влиянием климатических факторов;
— изменение условий испарения влаги после застройки и асфальтирования территории.
Некоторые грунты, не обладающие способностью к набуханию при их замачивании природной водой, приобретают свойства набухать при увлажнении их растворами солей, представляющими собой технологические отходы химических, металлургических и других предприятий. Это явление часто называют «химическим набуханием».
Расчет деформаций
Поскольку набухающие грунты обладают особыми свойствами, для них кроме обычных физико-механических характеристик определяются специальные характеристики набухания и усадки. Наиболее часто в расчетах используют следующие показатели.
Относительное набухание — исследуется в компрессионных приборах по различным методикам. Часто используемый метод одной кривой заключается в том, что образец грунта природной влажности нагружается давлением р, после чего производят замачивание образца и измеряют абсолютную величину набухания.
Относительное набухание определяют при различных уплотняющих давлениях р и вычисляют по формуле: εsw = (h’- h) / h,
где h —высота образца грунта природного состояния, обжатого давлением р; h’ —то же, после набухания образца.
По относительному набуханию εsw, определяемому для не обжатого образца, т. е. при р= 0, грунты классифицируются следующим образом: ненабухающие при εsw < 0,04; слабонабухающие при 0,04 0,12.
Ответственным этапом при проектировании фундаментов на набухающих грунтах является расчетный прогноз деформаций оснований. На основе этих расчетов определяют абсолютные значения подъема отдельных фундаментов и их относительные вертикальные смещения, которые не должны превышать предельных значений.
Подъем основания при набухании грунта hsw определяют методом послойного суммирования.
Для расчета необходимо построить эпюры природных напряжений σzg, дополнительных напряжений от фундаментаσzp и дополнительных давлений σz,ad.
При местном замачивании основания процесс набухания в увлажненной зоне встречает противодействие от веса незамоченного грунта за ее пределами, что учитывается введением в расчет дополнительных давлений σz, зависящих от размеров и формы зоны замачивания и вычисляемых по формуле
σz, ad = kg γ (d + z)
Формула для вычисления подъема основания имеет вид:
hsw =∑ εsw, hi ksw, i
где εsw, i — относительное набухание грунта i-го слоя, соответствующее суммарному напряжению σz, tot в слое; hi— толщина i-го слоя; ksw, i —коэффициент, принимаемый равным 0,8 при z, tot = 50 кПа и 0,6 при z, tot = 300 кПа, а при промежуточных значениях z, tot — по интерполяции.
Если расчетные деформации набухания hsw превышают предельные значения su, применяют различные мероприятия, снижающие или полностью исключающие деформации, вызванные набуханием, или уменьшающие их неравномерность до заданных пределов.
Меры по снижению деформаций
Казалось бы, при строительстве на набухающих грунтах рациональней использовать свайный или глубокий фундаменты, но данные фундаменты не выгодно использовать при малоэтажном строительстве. В данном случае возможно использование ленточного или столбчатого фундамента, но тогда для обеспечения надежной эксплуатации зданий и сооружений на набухающих грунтах применяют комплекс различных мер:
— водозащитные мероприятия для предотвращения локального замачивания грунтов основания;
-предварительное замачивание
— замена набухающего грунта местным ненабухающим, уплотненным до заданной плотности;
— применение компенсирующих подушек, выравнивающих неравномерности подъема ленточных фундаментов при локальном замачивании основания;
— полная или частичная прорезка набухающего грунта свайными фундаментами.
— конструктивные мероприятия
Водозащитные мероприятия. Для предупреждения проникания воды или химических растворов в грунтовое основание устраивают отмостки вокруг зданий шириной 2…3 м, применяют водонепроницаемые экраны под всем сооружением из полимерных материалов либо из асфальта, заключают водопроводные и канализационные трубы в специальные железобетонные лотки и т. п. При этом следует иметь в виду, что маловлажные набухающие грунты иногда рассечены большим количеством усадочных трещин, по которым вода может легко проникать в грунтовое основание.
Предварительное замачивание применяют при небольших толщах набухающих грунтов. Сущность этого метода состоит в том, что до начала строительства грунта основания увлажняется искусственным путем с тем, чтобы произошло разуплотнение грунта в пределах всей или части набухающей толщи. На подготовленном путём замачивания основании возводится сооружение. Предварительное замачивание нельзя использовать, если во время эксплуатации может произойти высушивание грунта (например, в основании нагревательных печей и т. п.), что приведет к усадочным деформациям. Замачивание осуществляется через скважины диаметром 89…276 мм, располагаемые в шахматном порядке через 2…5 м друг от друга. Глубину скважин принимают на 0,5 м меньше расчетной глубины замачивания. Скважины засыпаются песком, гравием или дробленым кислым шлаком. При замачивании ведется наблюдение за деформациями поверхности основания.
Грунтовые подушки применяют для замены всей или части толщи набухающих грунтов. При частичной замене толщину подушек назначают из условия, чтобы подъем фундамента в результате набухания оставшегося слоя набухающих грунтов находился в допустимых пределах. Материалом грунтовых подушек могут служить пылевато-глинистые ненабухающие грунты.
Компенсирующие подушки применяют для уменьшения неравномерности подъема фундаментов при локальном замачивании. Их устраивают из любых, кроме пылеватых, песков на кровле или в пределах толщи набухающих грунтов преимущественно под ленточные фундаменты шириной до 1,5 м, давление по подошве которых составляет менее 0,1 МПа.
Принцип работы компенсирующей подушки состоит в следующем. В связи с тем, что ширина песчаной подушки превышает ширину фундамента, при набухании грунтов происходит выпирание песка между фундаментом и стенкой траншеи. Поэтому при подъеме дна такой траншеи песок вокруг фундамента поднимается, а сам фундамент остается практически неподвижным.
Прорезка набухающих грунтов свайными фундаментами и глубокими опорами эффективна, если толща набухающих грунтов не превышает 12 м. При набухании грунтов возникают силы набухания, направленные вверх и действующие по части боковой поверхности свай, расположенной в пределах толщи набухающих грунтов. Эти силы стремятся поднять сваи вверх. Для исключения подъема длина свай должна быть назначена таким образом, чтобы указанные силы были меньше, чем сумма нагрузок от сооружения и силы сопротивления по боковой поверхности в нижней части свай, заглубленной в ненабухающие грунты. Для увеличения сил сопротивления в заделанной части свай можно применять винтовые сваи или сваи с уширенной пятой.
К конструктивным мероприятиям относится увеличение жесткости зданий путем разбивки их на отдельные отсеки. Крупнопанельные здания, наиболее чувствительные к неравномерным подъемам, следует разделять осадочными швами на отсеки длиной не более 30 м. Увеличение прочности достигается введением армированных поясов толщиной не менее 15 см, устраиваемых в нескольких уровнях по высоте. При использовании набухающих грунтов в качестве естественных оснований необходимо проектировать фундаменты с наибольшим возможным давлением по подошве. Поэтому следует отдавать предпочтение ленточным и столбчатым фундаментам, устраивая фундаменты в виде плит и перекрестных лент только в тех сооружениях, где это обусловлено их конструктивной схемой.
Заключение
Увеличение влажности набухающих грунтов приводит к подъему расположенных в них фундаментов и развитию отрицательного (негативного) трения в случае свайных фундаментов. Профессор Сорочан приводит примеры, когда подъем некоторых конструкций при набухании грунтов основания достигал 580 мм. Усадка грунта после высыхания вызывает осадку сооружений. В ряде случаев представляет опасность также и горизонтальное давление набухания на подземные элементы конструкций.
Так что строительство на набухающих грунтах – это серьезная и актуальная проблема. Недооценка их набухания явилась причиной повреждения многих промышленных и гражданских зданий и сооружений.
Одним из печально известных случаев – обрушение 5-этажного жилого дома в г. Караганда, Казахстан.
Многоквартирный жилой дом, возведенный за счет средств участников долевого строительства, был сдан в эксплуатацию в 2009 году.
1 апреля 2012г., в доме произошло обрушение строительных несущих конструкций, на стенах помещений образовались трещины, здание начало крениться. Из аварийного дома были переселены 138 человек.
6 апреля дом рухнул. По заключениям экспертных организаций основной причиной обрушения части существующего дома явилось отсутствие мероприятий по выполнению требований, исключающих проявление и предотвращение влияния набухающих свойств грунтов на устойчивость здания.
В результате, весь новый жилой комплекс «Бесоба» был снесен.
Несмотря на то, что процессы набухания существенно осложняют строительство и эксплуатацию зданий и сооружений, районы их распространения интенсивно осваиваются. Это объясняется дефицитом свободных территорий для строительства, темпы которого в последнее время показывают тенденции к росту.
К набухающим грунтам относятся глинистые отложения, характерной особенностью которых является повышенная плотность и высокое содержание глинистых частиц. В природном залегании эти грунты (глины) характеризуются твердой и тугопластичной консистенцией. Пористость грунтов находится в пределах от 41 до 48% при влажности 15—18% в кровле и 25—30% в средних слоях и подошве толщи. В результате увлажнения этих глин их объем увеличивается до 25%. Вследствие набухания удельный вес глин уменьшается, а пористость увеличивается. Влажность грунта возрастает 50% и указывает на переход глин в пластичное состояние, что резко снижает их несущую способность. Разуплотняясь при набухании, глины поднимают толщу вышележащих покровных грунтов, которые, в свою очередь, стремятся поднять плиту фундамента или торец свай. Деформация оснований, сложенных набухающими грунтами, может происходить по следующим причинам: набухание вследствие увлажнения грунтов атмосферными и производственными водами или в результате подъема уровня подземных вод; накопление влаги под подошвой фундамента мелкого заложения или под ростверком свайного фундамента из-за недоброкачественного уплотнения засыпки грунта в пазухах между боковыми поверхностями котлована и фундамента; набухание и осадка грунта в результате изменения водно-теплового режима под воздействием сезонных и климатических факторов. В набухающих грунтах фундаменты опор мостов следует проектировать исходя из необходимости исключения возможности подъема фундаментов в случае увеличения влажности грунтов основания. Между поверхностью набухающих грунтов и подошвой ростверка свайного фундамента следует оставлять зазор не менее 0,5 м, чтобы исключить воздействие сил нормального давления от набухания грунта.
Особенности проектирования фундаментов на сильно сжимаемых грунтах.
Сильно сжимаемые грунты сильно уплотняются под воздействием внешней нагрузки. К таким грунтам относят илы, торфы, заторфованные и насыпные грунты. По мере отжатия воды из торфов и заторфованных грунтов резко возрастает их осадка без увеличения внешней нагрузки. К насыпным относятся однородные грунты, отсыпанные с послойным уплотнением; грунты, получаемые при рытье котлованов или проходке горных выработок, а также шлаки, золы, отходы обогащения полезных ископаемых, строительный мусор и бытовые отбросы. Особенностью насыпных грунтов является их постепенное самоуплотнение под влиянием естественного периодического увлажнения атмосферными осадками и под действием силы тяжести. В толще сильносжимаемых грунтов проектируют, как правило, свайные фундаменты таких же конструкций, какие применяют в обычных грунтах, но с учетом большой сжимаемости основания, медленного протекания осадок во времени, существенной изменчивости прочностных, деформационных и фильтрационных характеристик грунтов под воздействием нагрузок. В местах залегания заторфованных грунтов находящиеся в их толще воды являются сильно агрессивными по отношению к материалам фундаментов, что приходится принимать во внимание при выборе материалов и методов их защиты от агрессивного воздействия среды. В илах требуется учитывать влияние изменений, вызывающих временное разжижение грунтов от динамического воздействия на них забивки свай, и влияние последующего засасывания их спустя некоторое время после прекращения воздействия. В местах залегания большой толщи (40—50 м и более) сильносжимаемых грунтов, когда забивка через нее свай до опирания их низа на малосжимаемые грунты является практически невозможной или экономически нецелесообразной, применяют фундаменты из сплошных или полых висячих вертикальных и наклонных свай с размером поперечного сечения 0,4—0,8 м. Независимо от того, расположен ростверк над поверхностью сильносжимаемого грунта или в его толще, расчеты фундаментов производят по схеме высокого ростверка. Фундаменты на сильносжимаемых грунтах проектируют, учитывая следующие обстоятельства: в процессе забивки свай сильносжимаемые грунты почти не уплотняются вокруг свай и под их нижним концом; в илах и ленточных глинах с течением времени происходит засасывание погруженных свай; несущая способность свай определяется главным образом сопротивлением грунта по их боковой поверхности; осадки свайных фундаментов существенно увеличиваются с течением времени. Вследствие засасывания несущая способность свай в сильносжимаемых грунтах может увеличиваться в 6— 10 раз по сравнению с начальной в момент окончания погружения свай.
· Многие виды пылевато-глинистых грунтов твердой и полутвердой консистенций при замачивании водой (и особенно, растворами серной кислоты) увеличиваются в объеме. В процессе набухания происходит подъем поверхности грунта, что приводит к деформациям, обычно неравномерным. Кроме того, при набухании грунты способны оказывать дополнительное боковое давление на ограждающие конструкции (до 200 кПа), а при снижении влажности набухающие грунты дают усадку, уменьшая свой объем.
· Для набухающих грунтов, кроме обычных физико-механических характеристик, определяют и специальные характеристики набухания и осадки.
- Относительное набухание исследуется в компресионных приборах по похожей методике (см. ранее)
Относительное набухание определяют при различных уплотняющих давлениях p и вычисляют по формуле:
где h – высота образца грунта природного состояния, обжатого давлением p;
h ’ – то же, после набухания образца.
Характерная зависимость относительного набухания глин от давления приведена на рис. 15.11.б
Рис. 15.11. Зависимости деформации набухающего грунта (а) и
относительного набухания (б) от нормального давления
· По относительному набуханию , определенному для необжатого образца, то есть p=0, грунты классифицируются на:
§ сильнонабухающиее
- Давление набухания Psw соответствует давлению, возникающему при замачивании грунта в замкнутом объеме, то есть при отсутствии деформации.
· Подъем основания при набухании грунта hsw определяют методом послойного суммирования. Если расчетные деформации набухания hsw превышают предельные значения Su , применяют различные мероприятия, снижающие или полностью исключающие деформации, вызванные набуханием, или уменьшающие их неравномерность до заданных пределов.
Фундаменты на набухающих и насыпных грунтах
Фундаменты на набухающих и насыпных грунтах
Набухающими называют пылевато-глинистые грунты, которые при замачивании водой увеличиваются в объеме.
Следует иметь в виду, что способность набухать имеют некоторые виды шлаков, а также не набухающие в обычных условиях пылевато-глинистые грунты, если они замачиваются отходами химических производств, в частности растворами серной кислоты. В набухающих грунтах возможен и обратный процесс — усадка или уменьшение объема при снижении влажности.
Набухание и усадка грунтов на строительной площадке возможны в результате следующих явлений: 1) подъема уровня подземных вод или инфильтрации (увлажнения поверхностными или производственными водами); 2) накопления влаги в ограниченной по глубине зоне под сооружением в результате нарушения природных условий . испарения, возможного при застройке и асфальтировании городской территории (экранирование поверхности); 3) за счет изменения водно-теплового режима в верхней части зоны аэрации, происходящих в результате влияния сезонных климатических факторов; 4) за счет высыхания от воздействия тепловых источников (котельных, доменных печей, атомных, тепловых электростанций и др.).
При проектировании оснований и фундаментов на набухающих грунтах используют количественную характеристику, называемую относительным набуханием, значение которой находят из выражения.
Нижняя граница зоны набухания при инфильтрации влаги в грунт (рис. 13.5) Н„ принимается на глубине, где суммарное вертикальное напряжение aztot равно давлению набухания psw (минимальному напряжению, при котором набухание прекращается). При экранировании поверхности и изменении водно-теплового режима нижнюю, границу зоны набухания, а также нижнюю границу зоны усадки определяют по опытным данным, а при отсутствии по-,, следних принимают Hsw=HSk = 5 м.
Рис. 13.5. Схема расчета основания при подъеме набухающего грунта
Неравномерности поднятия или опускания фундаментов, возможные в результате набухания или усадки, суммируются с ожидаемыми неравномерностями осадок от действия внешних нагрузок. Если суммарные неравномерности превысят предельно допустимые, устанавливаемые нормами, необходимо предусматривать мероприятия по предотвращению возможного замачивания, аналогичные рассмотренным при наличии в основании лёссовых грунтов.
В некоторых случаях прибегают к предварительному замачиванию в пределах толщи набухающих грунтов, однако выполнение данного мероприятия осложняется медленным протеканием этого процесса. Для его ускорения иногда применяют вертикальные дрены.
Снижения интенсивности набухания удается добиться за счет максимального сокращения сроков работ по возведению фундаментов, используя при этом водонепроницаемые материалы и слабо фильтрующие обратные засыпки.
Иногда применяют компенсирующие песчаные подушки, позволяющие частично сглаживать неравномерное набухание грунта вследствие более раномерного распределения давления на большую площадь. Одновременно песчаные подушки способствуют сравнительно равномерному развитию набухания, обеспечивая отекание влаги с мест большего подъема набухшего грунта в пониженные зоны, где набухание замедлилось, тем самым автоматически регулируя развитие процесса набухания.
Исключить влияние неблагоприятных воздействий от набухания или усадки удается с помощью полной или частичной замены слоя набухающего грунта ненабухающим.
Использование свайных фундаментов с полной прорезкой слоев набухающих грунтов предотвращают вредное воздействие набухания, но не исключает его влияния на полы и конструкции, устраиваемые непосредственно на поверхности грунта. Набухание довольно часто приводит к поднятию полов первого этажа, поэтому для исключения этого явления полы рекомендуется устраивать по перекрытиям. Применение свайных фундаментов с частичной прорезкой толщи набухающих грунтов приводит к существенному уменьшению поднятия фундаментов в случае, если нижележащий слой набухающего грунта имеет небольшую мощность и загружен значительной нагрузкой от прорезаемой толщи.
При прорезке сваями набухающего грунта следует учитывать развитие сил трения по их боковым поверхностям. Если эти силы окажутся больше нагрузки, приходящейся на сваи, то фундамент может подняться, вызвав деформацию сооружения.
Рис. 13.6. Фундамент из буронабивных свай с уширенной пятой в условиях набухающих и испытывающих усадку грунтов: 1 — водонепроницаемая отмостка; 2 — ростверк; 3 — песок; 4 — набухающий или испытывающий усадку грунт; 5 — свая с уширением; 6 — ненабухающий грунт
Для полного исключения влияния возможных сезонных вертикальных колебаний поверхности грунта часто устраивают фундаменты из буронабивных свай с уширением (рис. 13.6). Заделка нижнего уширенного конца свай в ненабухающий грунт уменьшает вредное воздействие трения по боковой поверхности. Горизонтальное воздействие усадки и набухания устраняют с помощью обратной засыпки пазух песком и укладки в зоне подошвы ростверка продольной арматуры, воспринимающей горизонтальные поперечные разрывающие усилия.
Основания, сложенные насыпными грунтами, необходимо проектировать с учетом их неравномерной сжимаемости, значительной неоднородности по составу, возможности самоуплотнения, рсобен-Но при динамических воздействиях, изменения гидрогеологических условий, а также возможности разложения органических включений. Насыпные грунты из шлаков и глин следует рассчитывать с учетом возможности набухания при замачивании водой.
Модуль деформации насыпных грунтов, как правило, необходимо определять по результатам штамповых полевых испытаний, а неравномерность сжимаемости — по результатам лабораторных и полевых испытаний.
Бели насыпные грунты сложены из просадочных, набухающих или имеют относительное содержание органического вещества I > 0,1, то их расчет следует производить в соответствии с требованиями, изложенными ранее.
Расчетное сопротивление основания определяют по формуле (4.10) с помощью данных лабораторных исследований о значениях величин (рп и сп. Предварительные размеры фундаментов разрешается назначать в соответствии с условными расчетными сопротивлениями R0, определяемыми по табличным данным СНиПа для насыпных грунтов, имеющих I
6.2.1 Основания, сложенные набухающими грунтами, должны проектироваться с учетом способности таких грунтов при повышении влажности увеличиваться в объеме - набухать. При последующем понижении влажности у набухающих грунтов происходит обратный процесс - усадка.
Необходимо учитывать, что способностью набухать при увеличении влажности обладают некоторые виды шлаков (например, шлаки электроплавильных производств), а также обычные глинистые грунты, не набухающие при увеличении влажности, если они замачиваются химическими отходами производств (например, растворами серной кислоты).
Возможность набухания шлаков при их увлажнении и глинистых грунтов при замачивании химическими отходами производств устанавливают опытным путем в лабораторных или полевых условиях.
6.2.2 Набухающие грунты характеризуются относительным набуханием при заданном давлении _sw, давлением набухания p_sw, влажностью набухания w_sw, и относительной усадкой при высыхании _sh.
Указанные характеристики определяют в соответствии с 6.2.7, 6.2.10 и 6.2.16.
6.2.3 При проектировании оснований, сложенных набухающими грунтами, следует учитывать возможность:
- набухания грунтов за счет подъема уровня подземных вод или инфильтрации - увлажнения грунтов производственными или поверхностными водами;
- набухания грунтов за счет накопления влаги под сооружениями в ограниченной по глубине зоне вследствие нарушения природных условий испарения при застройке и асфальтировании территории (экранирование поверхности);
- набухания и усадки грунта в верхней части зоны аэрации - за счет изменения водно-теплового режима (сезонных климатических факторов);
- усадки за счет высыхания от воздействия тепловых источников.
Примечание - При проектировании заглубленных частей сооружений необходимо учитывать горизонтальное давление, возникающее при набухании и усадке грунтов.
6.2.4 Горизонтальное давление p_h, кПа, определяют по формуле
где _c- коэффициент условий работы, равный 0,85;
k_sw - коэффициент, зависящий от интенсивности набухания и принимаемый по таблице 6.1;
p_max,h - максимальное горизонтальное давление, определяемое в лабораторных условиях, кПа.
| Интенсивность набухания за 1 сут, % | 0,1 | 0,2 | 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,7 |
| k_sw | 1,40 | 1,25 | 1,12 | 1,05 | 1,02 | 1,01 | 1,00 |
6.2.5 Основания, сложенные набухающими грунтами, должны рассчитываться в соответствии с требованиями раздела 5.
Деформации основания в результате набухания или усадки грунта должны определяться путем суммирования деформаций отдельных слоев основания согласно 6.2.9 и 6.2.15.
При определении деформаций основания осадка его от внешней нагрузки и возможная осадка от уменьшения влажности набухающего грунта должны суммироваться. Подъем основания в результате набухания грунта определяют в предположении, что осадки основания от внешней нагрузки стабилизировались.
Предельные значения деформаций, вызываемых набуханием (усадкой) грунтов, допускается принимать в соответствии с указаниями приложения Е с учетом требований 5.5.50.
6.2.6 При расчете оснований из набухающих грунтов должны применяться характеристики грунтов при их природной плотности и влажности. При расчете оснований из набухающих грунтов после их предварительного замачивания используют характеристики грунта в замоченном состоянии.
Расчетное сопротивление грунтов оснований, сложенных набухающими грунтами, вычисляют по формуле (5.5). При этом рекомендуется учитывать допустимость его повышения согласно указаниям 5.5.24, что будет способствовать уменьшению подъема фундамента при набухании грунта.
6.2.7 Относительное набухание _sw, давление набухания p_sw и относительную усадку _sh определяют по результатам лабораторных испытаний (ГОСТ 24143) с учетом указанных в 6.2.3 причин набухания или усадки. Эти характеристики могут быть получены также по данным полевых испытаний грунтов штампом (за исключением слабонабухающих грунтов).
6.2.8 Нормативные значения характеристик _sw и _sh набухающих грунтов вычисляют как средние значения результатов их определений (ГОСТ 20522). Расчетные значения этих характеристик допускается принимать равными нормативным (_g = 1).
6.2.9 Подъем основания при набухании грунта h_sw, см, определяют по формуле
где _sw,i- относительное набухание грунта i-го слоя, определяемое в соответствии с 6.2.10;
h_i - толщина i-го слоя грунта, см;
k_sw,i- коэффициент, определяемый в соответствии с 6.2.12;
n - число слоев, на которое разбита зона набухания грунта.
6.2.10 Относительное набухание грунта при инфильтрации влаги определяют по формуле
где h_n - высота образца, см, природной влажности и плотности, обжатого без возможности бокового расширения давлением p, равным суммарному вертикальному напряжению на рассматриваемой глубине (значение определяют в соответствии с 6.2.13);
h_sat - высота того же образца, см, после замачивания до полного водонасыщения и обжатого в тех же условиях.
По результатам испытаний образцов грунта при различном давлении строят зависимости _sw = f(p) и w_sw = f(p) и определяют давление набухания p_sw, соответствующее _sw = 0.
При экранировании поверхности и изменении водно-теплового режима относительное набухание _sw определяют по формуле
где k - коэффициент, определяемый опытным путем (при отсутствии опытных данных принимают равным 2);
w_eq - конечная (установившаяся) влажность грунта, доли единицы, определяемая по 6.2.11;
w_0 и е_0 - соответственно начальные значения влажности и коэффициента пористости грунта, доли единицы.
6.2.11 Значение w_eq i-го слоя при экранировании поверхности определяют по экспериментальной зависимости влажности набухания от нагрузки w_sw = f(p) при давлении p_i, кПа, вычисляемом по формуле
где _w - удельный вес воды, кН/м3;
z - расстояние от экранируемой поверхности до уровня подземных вод, м;
z_i - глубина залегания рассматриваемого слоя, м;
_tot,i- суммарное напряжение в рассматриваемом i-м слое, кПа;
_i - удельный вес грунта i-го слоя, кН/м3.
Значение (w_eq - w_0) в формуле (6.8) при изменении водно-теплового режима определяют как разность между наибольшим (в период максимального увлажнения) и наименьшим (в период максимального подсыхания) значениями влажности грунта. Коэффициент пористости в этом случае принимают для влажности грунта, отвечающей периоду максимального подсыхания. Профиль влажности массива для случая максимального увлажнения и подсыхания определяют экспериментальным путем в полевых условиях.
6.2.12 Коэффициент k_sw, входящий в формулу (6.6), в зависимости от суммарного вертикального напряжения _z,tot на рассматриваемой глубине принимают равным 0,8 при _z,tot = 50 кПа и k_sw= 0,6 при _z,tot = 300 кПа, а при промежуточных значениях определяют интерполяцией.
6.2.13 Суммарное вертикальное напряжение _z,tot, кПа, на глубине z от подошвы фундамента (рисунок 6.2) определяют по формуле
где _zp, _zg - вертикальные напряжения соответственно от нагрузки фундамента и от собственного веса грунта, кПа;
_z,ad - дополнительное вертикальное давление, кПа, вызванное влиянием веса неувлажненной части массива грунта за пределами площади замачивания, определяемое по формуле
здесь k_g- коэффициент, принимаемый по таблице 6.2.
- удельный вес грунта, кН/м3;
(d + z) - см. рисунок 6.2.
| (d + z)/B_w | Коэффициент k_g при отношении длины к ширине замачиваемой площади L_w/B_w, равном | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
| 0,5 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0,58 | 0,50 | 0,43 | 0,36 | 0,29 |
| 2 | 0,81 | 0,70 | 0,61 | 0,50 | 0,40 |
| 3 | 0,94 | 0,82 | 0,71 | 0,59 | 0,47 |
| 4 | 1,02 | 0,89 | 0,77 | 0,64 | 0,53 |
| 5 | 1,07 | 0,94 | 0,82 | 0,69 | 0,77 |
6.2.14 Нижнюю границу зоны набухания H_sw, см (рисунок 6.2):
а) при инфильтрации влаги принимают на глубине, где суммарное вертикальное напряжение _z,tot (6.2.13) равно давлению набухания p_sw;
б) при экранировании поверхности и изменении водно-теплового режима определяют опытным путем (при отсутствии опытных данных принимают равной 5 м).
Рисунок 6.2 - Схема к расчету подъема основания при набухании грунта
При наличии подземных вод нижнюю границу зоны набухания принимают на 3 м выше начального уровня подземных вод, но не ниже установленного в позиции а).
6.2.15 Осадку основания в результате высыхания набухшего грунта s_sh, см, определяют по формуле
где _sh,i - относительная линейная усадка грунта i-го слоя, определяемая в соответствии с 6.2.16;
h_i - толщина i-го слоя грунта, см;
k_sh - коэффициент, принимаемый равным 1,3;
п - число слоев, на которое разбита зона усадки грунта, принимаемая в соответствии с 6.2.17.
Допускается принимать _sh,i, определяемую без нагрузки, при этом k_sh = 1,2.
6.2.16. Относительную линейную усадку грунта при его высыхании _sh определяют по формуле
где h_n- высота образца грунта, см, после его максимального набухания при обжатии его суммарным вертикальным напряжением без возможности бокового расширения;
h_d - высота образца, см, в тех же условиях после уменьшения влажности в результате высыхания.
6.2.17 Нижнюю границу зоны усадки H_sh определяют экспериментальным путем, а при отсутствии опытных данных принимают равной 5 м.
При высыхании грунта в результате теплового воздействия технологических установок нижнюю границу зоны усадки H_sh определяют опытным путем или соответствующим расчетом.
6.2.18 При расчетных деформациях основания, сложенного набухающими грунтами, больше предельных или недостаточной несущей способности основания должны предусматриваться следующие мероприятия в соответствии с подразделом 5.8:
- предварительное замачивание основания в пределах всей или части толщи набухающих грунтов;
- применение компенсирующих песчаных подушек;
- полная или частичная замена слоя набухающего грунта ненабухающим;
- полная или частичная прорезка фундаментами слоя набухающего грунта.
6.2.19 Глубину предварительного замачивания, толщину частично заменяемого слоя набухающего грунта или частичной его прорезки назначают в зависимости от требуемого снижения деформаций от набухания.
6.2.20 При возведении фундаментов на предварительно замоченном основании из набухающих грунтов следует предусматривать устройство подушек из песка, щебня или гравия либо упрочнение верхнего слоя грунта связующими материалами.
6.2.21 Компенсирующие песчаные подушки устраивают на кровле или в пределах слоя набухающих грунтов при давлении, передаваемом на основание, не менее 0,1 МПа.
Для устройства подушек применяют пески любой крупности, за исключением пылеватых, уплотняемые до плотности в сухом состоянии не менее 1,6 т/м3.
Компенсирующие песчаные подушки устраивают только под ленточные фундаменты, когда их ширина не превышает 1,2 м. Размеры подушки назначают по таблице 6.3.
| Ширина фундамента b, м | Ширина подушки b, м | Высота подушки h, м |
| 0,5 < b 0,7 | 2,4b | 1,2b |
| 0,7 < b 1,0 | 2b | 1,15b |
| 1,0 < b 1,2 | 1,8b | 1,1b |
6.2.22 Уменьшение подъема фундамента на естественном основании из набухающих грунтов может обеспечиваться путем анкеровки фундамента с помощью свай, частично или полностью прорезывающих набухающий слой. При этом нагрузка, передаваемая сооружением, воспринимается совместно фундаментом и сваями, а предельные деформации (осадки, подъемы) этой конструкции не должны превышать предельных значений.
6.2.23 К числу конструктивных мероприятий относят увеличение жесткости и прочности сооружения путем разбивки его на отдельные отсеки осадочными швами. Отсек должен иметь правильную геометрическую форму в плане и одинаковую высоту. Увеличение жесткости и прочности достигается также введением железобетонных непрерывных поясов толщиной не менее 15 см, устраиваемых по высоте в нескольких уровнях. Пояса следует армировать каркасами, располагаемыми на уровне перекрытий или верха проема и полностью перекрывающими наружные стены. Пояса предусматривают при частичной прорезке набухающих грунтов; частичной замене набухающего грунта ненабухающим; устройстве компенсирующих подушек; предварительном замачивании набухающих грунтов.
6.2.24 Замену набухающего грунта производят местным ненабухающим грунтом, уплотняемым до заданной плотности. Проектирование оснований сооружений в этом случае должно выполняться как на обычных ненабухающих грунтах.
6.2.25 Допускается использовать набухающие грунты для обратной засыпки пазух и траншей при условии, что горизонтальное давление, вызванное их увлажнением, окажется допустимым для данного сооружения, а возможный подъем грунта засыпки не приведет к ухудшению условий эксплуатации. Уплотнение грунтов производят в соответствии с требованиями, принятыми для устройства грунтовых подушек и обратных засыпок из обычных грунтов.
Читайте также: