Фундаменты на заторфованных грунтах
Обновлено: 03.05.2024
Суть вопроса в следующем: необходимо запроектировать электроподстанцию. Часть подстанции находится в зоне залегания среднеразложившихся торфов (ИГЭ№1 глубиной до 12 м метров). Далее идут мягкопластичные тиксотропные суглинки, на которые возможно тоже не опереться (пока точной геологии нет). Сиуацию осложняют значительные горизонтальные нагрузки (тяжение проводов). На данном участке планируется строительство порталов и значительного количества опор под тяжелое (и не очень) оборудование. Также его будут пересекать дороги и коммуникации, которые также нужно на что-то опирать. Сейчас там лес, который будет вырубаться и выкорчевываться со всеми вытекающими для грунта последствиями. Строительство планируется начать сразу после корчевания. Может у кого-то имеется подобный опыт проектирования и строительства на таких грунтах? Какие меры по устройству основанию и фундаментам можно предпринять? Как все это безобразие потом просчитать с учетом всей изменчивости свойств торфа во времени? Какие трудности могут возникнуть на стадии строительства, эксплуатации?Вариант с переносом площадки заказчик отметает.
Вопрос действительно очень серьёзный , но без геологии по моему мнению вам ни кто не поможет. Нагружать Вас всяким флудом форумчане не поскупятся ,но есть одно но, я понял так , что вы хотите получить профессиональный ответ, и помощь . Или нет.
Если действительно вопрос очень серьёзный дождитесь геологии , потом делайте выводы , если потребуется помощь обращайтесь опять на форум или пишите в личку.
На торфянник ничего серьезное опирать нельзя. Посему у Вас два пути:
-- Забивать сваи
-- Производить замену грунтов.
под серьезные сооружения ,видимо,нужны сваи различных видов,это надо смотреть геологию, в общем,проходить торф..для иных ,типа дорог - нужна геология,но может и без свай обойдетесь..
На торфянник ничего серьезное опирать нельзя. Посему у Вас два пути:
-- Забивать сваи
-- Производить замену грунтов.
Кандидат непонятных наук
хм.
нет, есть, конечно, исчо усиление основания - силикатизация, цементация, обжиг и т.п.
Я так понял, что нужны просто варианты - чего в таких случаях делается, чтобы потом сесть, посчитать и обдумать.
Тады, при плохих грунтах большого заложения используется до фига всего:
1) усиление основания
2) висячие сваи
3) фундамент в виде монолитной плиты (обычно вместе со свайным полем)
ех.
такой же.
Вы не предусмотрели вариант, что при обрыве линии, заземлении оборудования у вас торф может благополучно загореться?
ТП там ВООБЩЕ строить нельзя, надо полагать. Имхо, естественно.
Напряжение 330 кВ, трансформаторы будут (тонн 150 я думаю). Книжки умные читал, с методами решения знаком,но фразы типа "торфы ведут себя непредсказуемо", "под действием различных факторв их свойства и ГРАНИЦЫ могут сильно изменятся как по глубине, так и в плане, что может сопровождаеться значительными просадками", "строительство ответственных объектов на торфяных грунтах небезопасно" и т.д. и т.п. ОЧЕНЬ сильно настораживают. Конечно, полной геологии не хватает, но уже сейчас хотелось бы сделать хоть какие-то промежуточные выводы. Хорошо если дальше метров на пять, а лучше 10 надежные грунты. Тогда сваи для ответственных сооружении, ну а для дорог и мелкого оборудования можно попробовать обойтись песчаными подушками. В противном случае , жду советов. Укрепление грунта? Кто-нибудь лично осуществлял цементацию, силикатизацию или уплотнение торфов(проект производства работ, авторский надзор за выполнением и т.д.)? Насколько это осуществимо и эффективно, какие проблемы при этом могут возникнуть?Выбор грунта отметается сразу (площадь залегания торфа в плане более 20000 м2). Еще есть вариант с песчаной подушкой, но опять таки хотелось бы услышать мнение людей которые действительно проектировали что-то подобное (рекомендации по расчету и производству работ, степень надежности подобной конструкции). Про заземление и горючесть торфа подмечено верно. Возможно проблему можно решить устройством насыпи поверх торфа.
Попробуйте узнать у проектировщиков подходящих линий, какие фундаменты под опоры они закладывают? Их крайние опоры должны быть недалеко от приемных порталов ОРУ, не далее 30-50м, и геология должна быть им известна. Так-же и дорожники, трансформаторы ведь привезут. на трейлере? Или по ветке ж/д? Это должны знать электрики-проектировщики
Нафик сваи. Нестабильный грунт + горизонтальные нагрузки - возьмите опыт заложения мощных фундаментных плит на песчаные подушки в сейсмичных районах - вот и всё! и главное не бойтесь.
последний пост более реальный..))).
отсыпать площадку слоем 3-4 м. и ставить незаглубленые фундаменты.
частое решение.
То, что книги читал, это хорошо. Опыт. ну по части опыта можно послать в Архангельск, хотя торфа и в Питере хватает.
Укрепление грунта? Кто-нибудь лично осуществлял цементацию, силикатизацию или уплотнение торфов(проект производства работ, авторский надзор за выполнением и т.д.)? Насколько это осуществимо и эффективно, какие проблемы при этом могут возникнуть?Выбор грунта отметается сразу (площадь залегания торфа в плане более 20000 м2). Еще есть вариант с песчаной подушкой, но опять таки хотелось бы услышать мнение людей которые действительно проектировали что-то подобное (рекомендации по расчету и производству работ, степень надежности подобной конструкции). Про заземление и горючесть торфа подмечено верно. Возможно проблему можно решить устройством насыпи поверх торфа.
Цементация. Гидроразрывами не уплотнить (не та среда и большая толща). Jetом очень сложно. Все зависит какой торф (это самое главное), опыт и прочее. Если это действительно торф, то скорее не получится, если это заторфованные, то да.
Силикатизация - дорогой бред
Уплотнение - все зависит какие напряжения и какая площадь загружения . Чаще получается экономичнее сваи, чем высчитывать глубину уплотнения. Уплотнение - это дело времени. Если вы пригружением площади, то это - где взять столько балласта, как дренировать, куда девать воду и где взять 3 года. Если выштамповкой - то даю 60-70%, что получится (из опыта) Но опять – большая толща , а это дорого. Метров бы 5 и эти способы изумительны.
С торфами еще интересно дело иметь тем, что часто они залегают очень неравномерно. Вот под Питером есть участки, где в одной точке торфа метров 3, а в 20 м уже 8 (ну это озы, что с них взять..)
Со сваями тут конечно приходится брать длинные и еще учитывать горизонтальные давления от неравномерной догрузки поверхности.
Вообще, все это гадание на коф.гуще. так как неизвестно какой торф (слежавшийся, разложившийся, влажный и пр.)
Нафик сваи. Нестабильный грунт + горизонтальные нагрузки - возьмите опыт заложения мощных фундаментных плит на песчаные подушки в сейсмичных районах - вот и всё! и главное не бойтесь.
То есть замена торфа песком. Оставлять торф под песчаной подушкой нельзя т.к. могут пойти неравномерные осадки. Это может произойти даже через несколько десятков лет после окончания строительства.
DK, На песчаной подушке как правило лежит монолитная плита - причем ее конструкция в объеме бывает такой, что учитывает не только проседание основания, но и все факторы при максимальных разрушающих воздействиях.
ГЛУБИНА же заложения такой плиты как раз и определяется конструктором под существующую геологию и как вы верно здесь заметили, закладывают все это хозяйство на том грунте который удовлетворяет расчету. А торфы насколь я себе могу представить - сильно глубоко не залегают
Вот возьмите небоскребы в сейсмоопасных районах - по сколько там подземных этажей?
К сильносжимаемым грунтам относятся водонасыщенные супеси ( е > 0,7), суглинки ( е > 1,0), глины ( е > 1,1), илы (морские и пресноводные), ленточные глины (тонкослоистые), водонасыщенные лёссовые грунты, заторфованные грунты, торфы (открытые и погребенные), сапропеля (органические илы), рыхлые пески, водонасыщенные пылеватые намывные грунты. Характерными признаками большинства этих грунтов являются: высокая степень влажности Sr ≥ 0,80 и большая сжимаемость E ≤ 5 МПа в интервале давлений, свойственных для фундаментов гражданских и промышленных зданий и сооружений. Кроме того, для них характерны медленное протекание осадок во времени, изменчивость и анизотропия прочностных, деформационных, фильтрационных и реологических характеристик.
ТАБЛИЦА 11.1. КЛАССИФИКАЦИЯ ЗАТОРФОВАННЫХ ГРУНТОВ ПО ОТНОСИТЕЛЬНОМУ СОДЕРЖАНИЮ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА
| Грунты | Относительное содержание органического вещества Iот |
| Слабозаторфованный Среднезаторфованный Сильнозаторфованный | 0,1 < Iот ≤ 0,25 0,25 < Iот ≤ 0,4 0,4 < Iот ≤ 0,6 |
Большинство перечисленных сильносжимаемых грунтов обладает значительной тиксотропностью, вызывающей временное разжижение их в период динамического воздействия. Заторфованные песчаные и глинистые грунты подразделяются по относительному содержанию органического вещества (степени заторфованности) Iот (табл. 11.1), а торфы — по степеням разложения Dpd (табл. 11.2) и зольности Dc (табл. 11.3).
При содержании органического вещества более 50 % грунты относятся к торфам.
ТАБЛИЦА 11.2. КЛАССИФИКАЦИЯ ТОРФОВ ПО СТЕПЕНИ РАЗЛОЖЕНИЯ
| Торфы | Степень разложения, % |
| Слаборазложившиеся Среднеразложившиеся Сильноразложившиеся | Dpd ≤ 20 20 ≤ Dpd ≤ 45 Dpd > 45 |
ТАБЛИЦА 11.3. КЛАССИФИКАЦИЯ ТОРФОВ ПО СТЕПЕНИ ЗОЛЬНОСТИ
| Торфы | Степень зольности, % |
| Нормальнозольные Высокозольные | Dc < 20 Dc ≥ 20 |
ТАБЛИЦА 11.4. ДЕФОРМАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ИЛОВ
| Ил | Коэффициент пористости е | Модуль деформации Е , МПа |
| Супесчаный | 0,8 1,2 | 0,50 0,35 |
| Суглинистый | 0,9 1,6 | 0,19 0,12 |
| Глинистый | 1,2 2,0 | 0,16 0,08 |
ТАБЛИЦА 11.5. ХАРАКТЕРИСТИКА ТОНКОСЛОИСТЫХ ЛЕНТОЧНЫХ ГЛИН
| Параметр | Численное значение |
| Плотность частиц грунта ρs , гр/см 3 | 2,5—2,6 |
| Плотность грунта в сухом состоянии ρd , г/см 3 | 1,7—1,8 |
| Влажность ω | 0,4—0,5 |
| Коэффициент пористости е | 1,0—1,5 |
| Угол внутреннего трения φ , град | 16—18 |
| Удельное сцепление с , МПа | 0,01—0,03 |
| Модуль деформации Е , МПа | 5—13 |
Для предварительных расчетов и оценки возможности использования сильносжимаемого грунта в качестве основания используются характеристики, приведенные в табл. 11.4—11.9.
11.1.2. Проектирование предпостроечного уплотнения оснований, сложенных водонасыщенными сильносжимаемыми грунтами
В большинстве, случаев такие грунты не могут использоваться в качестве основания без предварительного повышения их прочностных и деформационных свойств. Эффективным мероприятием является уплотнение их фильтрующей пригрузкой с применением в ряде случаев вертикальных песчаных или заводских дрен (бумажных, комбинированных и т.п.) (рис. 11.1). Предпостроечное уплотнение оснований особенно рационально при возведении сооружений, имеющих развитую площадь опирания на грунт (резервуары, сооружения на сплошной плите и т.п.), может быть рекомендовано в случаях, когда толщина слоев водонасыщенных сильносжимаемых грунтов превышает 3 м.
ТАБЛИЦА 11.6. ПРОЧНОСТНЫЕ И ДЕФОРМАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ГЛИНИСТЫХ С ПРИМЕСЬЮ РАСТИТЕЛЬНЫХ ОСТАТКОВ И ЗАТОРФОВАННЫХ ГРУНТОВ
| Показатель текучести IL | Характеристика грунтов | Нормативные значения характеристик грунтов с Iот | |||||||
| 0,05—0,1 | 0,1—0,25 | ||||||||
| при коэффициенте пористости е | |||||||||
| 0,65 | 0,75 | 0,85 | 0,95 | 1,05 | 1,15 | 1,25 | 1,35 | ||
| 0 < IL ≤ 0,25 | E , МПа φ , град с , МПа | 135 21 0,029 | 12 21 0,033 | 11 20 0,037 | 10 16 0,045 | 8,5 15 0,048 | 8 – – | 7 – – | 5,5 – – |
| 0,25 < IL ≤ 0,5 | E , МПа φ , град с , МПа | 11 21 0,021 | 10 21 0,022 | 8,5 20 0,024 | 7,5 17 0,031 | 7 17 0,033 | 6 16 0,036 | 5,5 15 0,039 | 5 13 0,042 |
| 0,5 < IL ≤ 0,75 | E , МПа φ , град с , МПа | 8,5 21 0,018 | 7 21 0,019 | 6,5 21 0,019 | 5,5 18 0,021 | 5 18 0,023 | 5 17 0,024 | 4,5 16 0,026 | 4 15 0,028 |
| 0,75 < IL ≤ 1 | E , МПа φ , град с , МПа | 6 – – | 5 – – | 4,5 – – | 4,2 18 0,015 | 3 18 0,016 | 3 18 0,017 | 3 17 0,018 | – – – |
ТАБЛИЦА 11.7. НОРМАТИВНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК САПРОПЕЛЕЙ (ПО ДАННЫМ И.Е. ЕВГЕНЬЕВА, В.Е. СЕСЬКОВА, В.Н. ЯРОМКО)
| Грунты | Вид сапропелей | Разновидность | Содержание веществ, % | Влажность ω | Плотность час грунта ρ , г/с | Коэффициент пористости е | Модуль деформации Е , МПа ( р = 0,05, МПа) | Сопротивление вращательному срезу τ , кПа (при γ = 0) | |
| органических Iот | карбонатных СаСО3 | ||||||||
| Неуплотненные в природном залегании (озерные под слоем воды) | Минеральные | Известковистые | 10—30 | > 30 | 2—4,5 | 2,3—2,0 | 5—9 | 0,5—0,25 | 6—4 |
| Кремнеземистые | 10—30 | < 30 | 1,5—3 | 2,5—2 | 9—12 | 0,6—0,3 | 5—4 | ||
| Среднеминеральные | Известковистые | 30—50 | > 30 | 4,5—6 | 2,0—1,8 | 9—12 | 0,25—0,1 | 3—2 | |
| Кремнеземистые | 30—50 | < 30 | 3—6 | 2,0—1,8 | 9—12 | 0,3—0,15 | 4—3 | ||
| Слабоминеральные | Детритовые | > 50 | < 30 | 6—20 | 1,8—1,4 | 12—25 | 0,1—0,03 | 3 | |
| То же (болотные под слоем торфа) | Минеральные | Известковистые | 10—30 | >30 | 1,5—3 | 2,3—2,0 | 4—9 | 0,6—0,4 | 18—12 |
| Кремнеземистые | 10—30 | < 30 | 1,2—3,7 | 2,5—2,3 | 9—12 | 0,8—0,5 | 13—10 | ||
| Среднеминеральные | Известковистые | 30—50 | > 30 | 3—6 | 2—1,8 | 9—12 | 0,4—0,25 | 12—8 | |
| Кремнеземистые | 30—50 | < 30 | 3,7—6 | 2,3—1,8 | 8—12 | 0,5—0,3 | 13—7 | ||
| Слабоминеральные | Торфосапропели | > 80 | < 10 | 9—12 | 1,6—1,4 | 16—20 | 0,25—0,1 | 13—12 | |
| Детритовые | 50—80 | < 30 | 6—9 | 1,8—1,6 | 12—16 | 0,25—0,1 | 13—20 | ||
| Уплотненные в природном залегании (озерно-болотные под слоем минеральных наносов) | Минеральные | Известковистые | 10—30 | 30 | 0,8—1,82 | 2,3—2 | 1,7—3,7 | 1,2—0,7 | 25—16 |
| Кремнеземистые | 10—30 | 30 | 0,5—1,5 | 2,5—2 | 1,4—3 | 2—1 | 30—20 | ||
| Среднеминеральные | Известковистые | 30—50 | > 30 | 1,8—2,5 | 2—1,8 | 3,7—5 | 0,7—0,4 | 20—10 | |
| Кремнеземистые | 30—50 | < 30 | 1,5—2 | 1,5—1,8 | 3—4 | 1—0,4 | 20—10 | ||
| Слабоминеральные | Детритовые | > 50 | < 30 | 1,5—3 | 1,8—1,4 | 4—6 | 0,5—0,3 | 20—0 | |
Длина дрен в этом случае устанавливается на основе данных инженерно-геологических изысканий. Предпостроечное уплотнение грунтов с использованием вертикальных дрен может быть использовано при инженерной подготовке территории с целью обеспечения надежной эксплуатации инженерных коммуникаций и дорожных покрытий, а также для уменьшения воздействия сил отрицательного трения на свайные фундаменты и другие заглубленные в грунт сооружения.
ТАБЛИЦА 11.8. ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОТКРЫТЫХ ТОРФОВ
| Характеристика торфов | Нормативные значения физико-механических характеристик открытого торфа | ||||||
| верхового | низинного | ||||||
| при степени разложения Dpd , % | |||||||
| 5—20 | 20—30 | 30—40 | 40 | 5—25 | 25—40 | 40 | |
| Влажность при полной влагоемкости ωsat Плотность частиц грунта ρs , г/см3 Модуль деформации при полной влагоемкости E0 , МПа Коэффициент бокового давления ξ Коэффициент консолидации сv , м 2 /год | 14,5 1,62 0,11 0,12 10,0 | 12,5 1,56 0,15 0,19 5,0 | 11,8 1,49 0,23 0,28 2,0 | 10,0 1,40 0,25 0,35 1,0 | 11,5 1,58 0,15 0,22 5,0 | 7,5 1,51 0,24 0,43 2,0 | 5,8 1,50 0,31 0,50 1,0 |
ТАБЛИЦА 11.9. ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОГРЕБЕННЫХ ТОРФОВ
| Характеристика торфов | Нормативные значения физико-механических характеристик погребенных торфов при степени его разложения Dpd , % | ||
| 20—30 | 31—40 | 41—60 | |
| Природная влажность ω | 3 | 2,2 | 1,7 |
| Плотность грунта ρ , г/см 3 | 1 | 1,05 | 1,2 |
| Плотность частиц грунта ρs , г/см 3 | 1,50 | 1,6 | 1,8 |
| Коэффициент пористости e | 5,5 | 4 | 3 |
| Модуль деформации Е , МПа | 1,1 | 2 | 3 |
| Угол внутреннего трения φ , град | 22 | 12 | 10 |
| Удельное сцепление с , МПа | 0,02 | 0,025 | 0,03 |
| Коэффициент бокового давления ξ | 0,24 | 0,28 | 0,32 |
Кроме общепринятых исследований грунтов должны быть дополнительно проведены испытания по определению следующих физико-механических свойств каждого практически однородного слоя грунта: модуля деформации сильносжимаемого грунта при отсутствии бокового расширения Е0 ; коэффициентов пористости грунта при полной влагоемкости е1 и минимальной влажности e2 , коэффициенты консолидации сv и ch при фильтрации поровой воды в вертикальном и горизонтальном направлениях.
В целях уточнения границ расположения слоев сильносжимаемого грунта рекомендуется применять статическое зондирование. Для уточнения изменений сопротивлений грунта сдвигу до и после уплотнения целесообразно использовать лопастный прибор.
Проектирование предпостроечного уплотнения производится на стадии технического проекта по данным первичных инженерно-геологических изысканий. Целесообразность предпостроечного уплотнения устанавливается на основе вариантного проектирования. В проекте предпостроечного уплотнения грунтов основания должны быть указаны: временная нагрузка на основание, превышающая на 10 % среднее давление под подошвой фундамента возводимого сооружения (с целью ускорения сроков консолидации временная нагрузка может значительно превышать эксплуатационную); форма и размеры временной пригрузочной насыпи с обеспечением устойчивости ее откосов на сильносжимаемых грунтах в нестабилизированном состоянии; план расположения вертикальных дрен, их сечение и шаг, места установки глубинных марок (шаг и сечение дрен устанавливаются расчетом из условия 90 %-ной консолидации основания); литологические разрезы по уплотняемому основанию с нанесенными на них дренами и глубинными марками; расчетная конечная осадка основания от временной пригрузки и величина упругого подъема основания после ее снятия (определяется по ветви разгрузки компрессионной кривой); схема производства работ по устройству временной пригрузки, погружению дрен и снятию пригрузки.
В плане дрены располагаются в вершинах квадратов или равносторонних треугольников. Шаг песчаных дрен 1,5—3 м, заводских дрен 0,8—1,4 м.
К биогенным грунтам относятся заторфованные грунты (песчаного, пылеватого и глинистого состава), торфы, сапропели (пресноводные илы). Эти грунты имеют весьма широкое распространение в районах северо-запада СССР. Генетически разновидности биогенных грунтов относятся к четвертичным отложениям озерного, аллювиального, озерно-болотного, болотного происхождения.
Торф состоит преимущественно из остатков различных растений, часть которых при разложении преобразуется в коллоидную массу (гумус), а часть сохраняет свои начальные формы. В зависимости от условий образования и состава растительных остатков среди торфов выделяется ряд разновидностей — низинный, верховой и переходный, а также древесный, моховой, осоковый и т.п., а по залеганию — открытый и погребенный.
Торф обладает способностью вмещать воду в весьма большом количестве: 1 кг торфа может впитать 3—10 кг воды, т.е. его влажность достигает ω = 10 (1000 %). Торф отдает воду почти с таким же трудом, как и глинистые грунты. Это свойство (низкой водоотдачи) затрудняет осушение торфяных болот в ходе их освоения для застройки. Торф при осушении уменьшается в объеме в 7—10 раз, поэтому поверхность грунта опускается на 1—2 м и более. Сооружениям, построенным на таких участках на сваях, угрожает «повисание в воздухе». Так, например, при осушении территории в Архангельске с помощью дренажей, несмотря на малые давления на грунт (менее 0,05 МПа), осадки зданий достигли 3—4 м при абсолютной разности осадок до 1,3 м, что привело к разрушению зданий [16]. Следует также иметь в виду, что здания, построенные на таких грунтах, получают деформации не только от вертикальных осадок, но и от сдвигов торфяных залежей в сторону откосов котлованов (оползание распространяется до 20 м и более). В этом случае могут деформироваться здания, возведенные на свайных фундаментах [16].
На физико-механические свойства торфа оказывает влияние степень его разложения, т.е. отношение полностью разложившейся массы к общей массе торфа. Сжимаемость торфа чрезвычайно велика. Под нагрузкой всего 100 — 200 кН/м 2 осадка образца торфа достигает 30—50 % первоначальной высоты. Уплотнение торфа за счет фильтрационной консолидации протекает быстро, а за счет ползучести — длительное время (годы). Компрессионная зависимость торфа нелинейна. При циклических нагрузках наблюдается общее увеличение деформации сжатия с каждым циклом.
Сопротивление торфа сдвигу в сильной степени зависит от его- плотности-влажности. Сопротивление возрастает быстрее степени его консолидации под нагрузкой и достигает практически конечной (наибольшей) величины, в то время как осадка составляет только 60—70 % ее полного значения. Сопротивление сдвигу увеличивается с увеличением продолжительности уплотнения. Однако 70—90 % полного сопротивления реализуется уже после трехчасового уплотнения образца.
Водопроницаемость торфа изменяется в большом диапазоне значений коэффициента фильтрации. Для торфа характерно наличие начального градиента, даже если он обладает сравнительно большой водопроницаемостью. Уплотнение торфа внешней нагрузкой значительно уменьшает его водопроницаемость и увеличивает начальный градиент напора. Аналогичные явления наблюдаются при увеличении степени разложения торфа. В процессе фильтрации водопроницаемость снижается вследствие кольматации пор торфяной массы.
Таким образом, торф в качестве основания по сравнению с минеральными грунтами имеет значительно худшие свойства, поскольку его влажность больше в 20—60 раз, коэффициент пористости — в 15—40 раз, а модуль деформации меньше в 10—100 раз [16].
Коэффициент морозного пучения торфа составляет 1,02—1,03; это значит, что торф — практически непучинистый грунт [16]. Влияние притока воды почти не сказывается на пучинистости, а влажность грунта до и после промерзания не меняется.
Заторфованными называются грунты, содержащие от 10 до 50 % (по массе) органических веществ (неразложившихся и разложившихся). По условиям образования заторфованные грунты могут относиться к трем основным фациальным группам: морской, лагунной, континентальной. Заторфованные грунты морского происхождения обычно представлены мелкими песками, супесями и суглинками с содержанием органических веществ 10—45 %. Заторфованные грунты лагунного происхождения имеют значительное количество растительных остатков. Заторфованные грунты континентального происхождения представлены озерными, болотными, озерно-болотными, озерно-ледниковыми и аллювиальными отложениями [15].
Наличие органических включений предопределяет высокую гидрофильность заторфованных грунтов и в связи с этим повышенное содержание в них адсорбированной влаги. Для этих грунтов характерна низкая фильтрационная способность. Так, например, при содержании органики 0,2 % скорость фильтрации (по сравнению с чистыми песками) уменьшается в 10 раз, содержание органики 20 % делает пески практически водонепроницаемыми за счет явления кольматажа (заиливания) пор в песке органическими включениями и их набухания при увлажнении. В суглинках увеличение содержания органики ведет к снижению коэффициента фильтрации, а в глинах водопроницаемость возрастает.
Высокая пористость и водонасыщенность заторфованных грунтов, а также наличие органических включений в различных пропорциях и стадиях по степени разложения, особенности структурных связей и т.п. влияют на прочностные свойства грунтов [15].
Деформируемость заторфованных грунтов также обусловлена их структурными особенностями. Структурная прочность в редких случаях превышает 0,03 МПа.
При давлениях, превышающих значение структурной прочности, происходит интенсивное уплотнение грунта за счет фильтрационной консолидации. Увеличение содержания в грунтах органических веществ приводит к повышению их сжимаемости. Увеличение степени разложения органики уменьшает сжимаемость в 1,5—3 раза [15].
Особенностью заторфованных грунтов является их большая сжимаемость ( E = 1÷20 МПа) и медленное протекание осадок во времени. Сильнозаторфованные грунты при воздействии на них постоянной действующей нагрузки ведут себя аналогично торфу, и значительно деформируются, причем остаточные деформации составляют до 90 % общей осадки. Эту особенность заторфованных грунтов используют при строительстве, предварительно уплотняя основание временной пригрузкой (предпостроечное и предэксплуатационное уплотнение).
Специфической особенностью заторфованных грунтов является их свойство изменять свой химический состав во времени под действием процессов разложения органических включений. При этом увеличивается пористость грунта, и может произойти его самоуплотнение под действием собственного веса.
Сапропель — пресноводный ил, образованный при разложении органических (преимущественно растительных) остатков и содержащий более 10 % органических веществ. Коэффициент пористости сапропеля, как правило, более 3, показатель текучести больше 1; содержание частиц размером более 0,25 мм не превышает 5 %. Образуется этот грунт на дне озер, морей и в долинах рек (в условиях отсутствия кислорода).
Свойства сапропелей весьма неблагоприятны: влажность достигает 100 — 200 % и более; модуль деформации обычно не более 0,5 МПа; обладают способностью к большой усадке при уменьшении влажности, удельный объем твердой фазы при этом уменьшается в 3—10 раз, а пористость — в 7—9 раз.
В XVII—XIX столетиях и ранее при подготовке торфяных болот под застройку часть торфа снимали (выторфовка), подсыпали грунт в разработанные траншеи, укладывали в них бревна (лежни) и уже после этого вели кладку фундаментов. Если торф оставляли непосредственно под фундаментами, то здания даже незначительной высоты (1—2 этажа), получали большие и неравномерные деформации. Капитальные здания возводили на деревянных сваях, длина которых обычно не превышала 6 м. Такие сваи зачастую не достигали плотных подстилающих грунтов, и здания также получали большие осадки. Массовые обследования в Ленинграде показали, что капитальные дома в районах распространения торфов и заторфованных грунтов находятся обычно в худшем техническом состоянии, чем в других районах.
При возведении новых зданий вблизи существующих в рассматриваемых грунтовых условиях в настоящее время применяются сваи. Однако и в этом случае приходится разрабатывать котлованы и производить водопонижение, т.е. использовать воздействия, влияющие на напряженно деформированное состояние грунта, лежащего ниже подошвы существующих фундаментов.
Наибольшую опасность представляет временное и постоянное понижение уровня подземных вод. Осушенный торф претерпевает сильнейшие изменения: получает большую усадку, подвергается процессам грибкового и бактериального разложения. Вместе с торфом разлагается и древесина подземных частей старых зданий: сваи, ростверки, лежни. По указанным причинам на таких площадках недопустимо применение постоянных дренажных устройств, приводящих к понижению уровня подземных вод ниже подошвы существующих фундаментов.
Кроме того, технологический водоотлив (глубинный или открытый) также нежелателен, поскольку торф, заторфованные грунты, сапропели могут весьма интенсивно уплотняться при снятии взвешивающего действия воды, и здания получат опасные повреждения. В рассматриваемых условиях строительные котлованы должны устраиваться под защитой фильтрационных завес, прежде всего из металлического шпунта, который должен быть погружен в водоупорный слой.
Изложенное показывает, что биогенные грунты, содержащие органические вещества, обладают особыми отрицательными свойствами, которые необходимо учитывать при строительстве возле зданий и сооружений, под которыми залегают такие грунты.
Сотников С.Н. Проектирование и возведение фундаментов вблизи существующих сооружений
Слабыми принято называть молодые (в геологическом понимании) наносы различного состава и генезиса, которые не получили в естественных условиях достаточного уплотнения. Понятие слабый грунт в современной технической литературе трактуется довольно широко. По условиям образования и залегания эти грунты можно разбить на три группы: морские и озерные отложения образующие слоистые толщи (пески, супеси, суглинки, глины, органогенные и минеральные илы); покровные отложения, залегающие на плоских участках, на склонах и под склонами (торфяники, глинистый элювий коренных пород, размоченный лёсс, делювиальные отложения склонов, пролювий конусов выноса); техногенные отложения, залегающие в форме бугров, терриконов или во впадинах рельефа, в оврагах, карьерах в форме карманов (городская свалка, культурные слои старых городов, отвалы промышленных отходов, накопления хвостохранилищ и т.п.).
Слабые грунты особенно широко распространены в районах северо-запада СССР, в недавнем геологическом прошлом освободившихся от ледникового покрова последнего континентального оледенения, в условиях избыточного увлажнения и затрудненного стока подземных и поверхностных вод. Эти грунты образуют залежи на дне и по берегам морей и озер, в поймах и дельтах рек, на заболоченных водоразделах. Суммарная мощность толщ слабых грунтов сравнительно невелика, обычно не более 20—30 м; в ряде районов она достигает 50 м. Слабые грунты обычно водонасыщены, имеют весьма высокую влажность ( ω > ωL ),большую пористость и весьма большую сжимаемость; они чувствительны к воздействию вибрации и других факторов, связанных со строительным производством.
На территории многих городов северо-запада СССР, в частности Ленинграда, слабые грунты распространены почти повсеместно. Здания и сооружения, построенные в этих городах еще в дореволюционное время на ленточных фундаментах из бутового камня, а также на коротких деревянных сваях, получили осадки порядка десятков сантиметров. Развитие осадки продолжалось в течение многих лет после завершения строительства и обычно приводило к повреждениям кладки стен.
В условиях слабых грунтов современные крупнопанельные каркасные и кирпичные дома возводят на сваях, которые погружают в плотный подстилающий грунт. Длина таких свай обычно составляет 9—15 м, а под некоторыми зданиями — 32 м [28]. Однако и длинные сваи по ряду причин не гарантируют от возможного развития неравномерных осадок [32].
2. Устройство фундаментов в условиях существующей застройки на слабых глинистых грунтах
Слабые глинистые грунты — глины, суглинки, супеси, имеют высокую влажность ( ω > 0,5), большую пористость ( е > 1), модуль деформации примерно 1 — 10 МПа, низкую водопроницаемость [7]. При воздействии вибрации прочность этих грунтов понижается, т.е. проявляются тиксотропные свойства. Осадки зданий, возведенных на таких грунтах, развиваются в течение десятков лет и достигают больших величин. В районах северо-запада нашей страны распространены ленточные глины — поздние и послеледниковые отложения пресноводных бассейнов. Эти грунты имеют характерную (ленточную) текстуру; т.е. состоят из большого числа тонких слоев песчаного и глинистого материала, ритмично сменяющих друг друга, поэтому водопроницаемость грунта по вертикали (поперек слоистости) значительно меньше, чем по горизонтали. Распределение влажности в толще ленточных глин закономерно (рис. 6.1): в середине толщи влажность заметно больше, чем в периферийных частях, поэтому грунт на глубине 2—3 м и более заметно слабее залегающего у поверхности. Ленточные глины обладают большой пучинистостью при промораживании.
Рис. 6.1. Кривая распределения влажности в слоях слабых и подстилающих грунтов (основание здания гостиницы «Россия» в Ленинграде)
1 — насыпной грунт (взамен торфа); 2 — ленточные глины; 3 — моренный суглинок — относительно плотный грунт
Кроме того, эти глины особенно чувствительны к перемятию, т.е. резко изменяют свойства при различных технологических воздействиях. Поэтому, как рекомендовал в свое время Б.Д. Васильев, при разработке котлованов в этих грунтах требуется применять особые меры предосторожности (см. гл. 5). Разработка котлованов возле фундаментов на ленточных глинах весьма опасна.
Дополнительные осадки фундаментов на ленточных глинах могут быть учтены расчетом при проектировании. При этом, как показывает опыт, следует использовать результаты лабораторных испытаний, принимая значения коэффициента сжимаемости грунта в том диапазоне компрессионной кривой, который соответствует изменению напряженного состояния основания при возведении нового здания.
Ленточные глины в большой степени подвержены морозному пучению, поэтому при зимнем производстве работ в котлованах, вскрывающих ленточные глины, необходимо надежно утеплять существующие фундаменты. Для предотвращения выдавливания глины из-под подошвы фундаментов старых домов следует, как правило, применять технологический шпунт, погружаемый на 2—4 м ниже дна котлована.
Если строительный котлован разрабатывается ниже подошвы существующих фундаментов, применение ограждающего шпунта обязательно. Шпунт должен быть рассчитан не только по устойчивости, но и по деформациям. Для этой цели можно использовать методику, разработанную в ЛИСИ [8].
Сваи и шпунты легко проникают в ленточные глины, поэтому суммарное динамическое воздействие на основание бывает сравнительно невелико. Известны случаи, когда для проходки слоя ленточных глин толщиной 5 м требовалось всего 30—40 ударов механического молота [18]. Однако сваи и шпунты, ближайшие к существующему фундаменту, должны отстоять от него не менее чем на 2 м, а фронт свайных работ должен быть направлен в сторону существующих фундаментов [6].
При разработке проектов фундаментов при наличии ленточных глин необходимо иметь данные детальных изысканий, достоверно устанавливающих глубину заложения подошвы фундаментов существующих зданий по всей линии примыкания. Если в материалах изысканий эти данные отсутствуют, возможен выпор грунта. К примеру, в Ленинграде на ул. Куйбышева в 1978 г. при разработке котлована для устройства фундамента здания цеха возле заселенного трехэтажного дома в последнем образовались опасные деформации. Оказалось, что этот дом состоял из двух частей разновременной постройки: в одной части подошва фундаментов была заглублена на 0,5 м больше, чем под другой, где фундамент при изысканиях был вскрыт шурфом. В результате развился выпор грунта, жильцы были в срочном порядке выселены и здание разобрано, так как из-за полученных повреждений его капитальный ремонт оказался невозможен.
3. Устройство фундаментов вблизи зданий, возведенных на водонасыщенных рыхлых песках
Водонасыщенные рыхлые пески (аллювиальные, озерно-морские и другие) в условиях статического нагружения не получают больших деформаций, поэтому осадки зданий высотой, до 6—7 этажей на этих грунтах обычно не имеют опасного развития. Однако выполнение строительных работ в непосредственной близости от таких зданий может существенно изменить картину. Например, в районе Большой Охты в Ленинграде в 1979 г. при разработке котлована и забивке свай два здания, постройки 60-х годов получили сильные повреждения из-за неравномерной дополнительной осадки водонасыщенных песков (рис. 6.2).
Рис. 6.2. Здание, получившее аварийные повреждения в результате забивки свай в соседнем строительном котловане (фото 1979 г.)
Сваи, погружаемые вибрированием или забивкой (механическим молотом, дизель-молотом) в рыхлые водонасыщенные пески, должны располагаться на достаточном удалении от существующих фундаментов. Исследования, проведенные ВНИИГСом и ГПИ Фундаментпроект, показали, что безопасным является расстояние 20 м [11]. Большее приближение к существующему фундаменту требует проведения специальных виброметрических исследований при проведении инженерно-геологических изысканий и виброметрического контроля в период свайных работ.
Далматов Б.И. Фундаменты зданий на слабых грунтах//Труды VII Дунайско-Европейской конф. по механике грунтов и фундаментостроению
Ежов Е.Ф. Исследование дополнительных осадок фундаментов сооружений при устройстве около них ограждающих шпунтовых стенок: Автореф. дис.
Сотников С.Н. Осадки сплошных фундаментных плит и ленточных фундаментов крупнопанельных домов на мощной толще слабых грунтов //Механика грунтов, основания и фундаменты: Сб. науч. тр. / ЛИСИ
Сотников С.Н., Соколов В.М., Вершинин В.П. Осадки свайных фундаментов жилых домов в условиях слабых грунтов Ленинграда // Фундаментостроение в сложных грунтовых условиях: Тезисы докладов Всесоюзного совещания
На участке, приближенном к существующим фундаментам, уместно применение свай, погружаемых вдавливанием, а также винтовых и буронабивных свай. Разбуривание полостей для устройства буронабивных свай, даже под глинистым раствором, в рыхлых водонасыщенных песках около существующих фундаментов небезопасно. В этих условиях наиболее рационально применение стальных обсадных труб, оставляемых в скважинах, и подводное бетонирование без откачивания воды из полости. Такой метод был успешно использован в Ленинграде при устройстве фундаментов здания гостиницы «Москва» в непосредственной близости от ранее возведенной станции метрополитена (проект Ленинградского отделения ГПИ Фундаментпроект).
В водонасыщенных рыхлых песках применение глубинного водоотлива при наличии зданий возле котлована является нежелательной мерой, так как понижение уровня подземных вод на длительный период времени вызывает уплотнение грунта и развитие дополнительной осадки. В силу этих причин применение постоянных дренажных устройств на застроенных территориях, приводящие к понижению уровня подземных вод на несколько метров, недопустимо (см. гл. 1).
Сотников С.Н. Проектирование и возведение фундаментов вблизи существующих сооружений
Основания, сложенные заторфованными грунтами, должны устраиваться с учетом их специфических особенностей — водонасыщенности, большой сжимаемости, медленного протекания осадок во времени, существенной изменчивости прочностных, деформационных и фильтрационных характеристик под воздействием нагрузки.
Грунтовые воды в заторфованных грунтах, как правило, являются сильноагрессивными по отношению к материалам фундаментов и подземных частей зданий и сооружений, что должно учитываться при выборе материалов для их защиты от агрессивного воздействия воды.
Заторфованным называется основание, в пределах сжимаемой толщи которого находятся слои или линзы грунта с относительным содержанием растительных остатков от общего веса более:
0,03— для песчаных грунтов;
0,05— для глинистых грунтов.
Органические (растительные) остатки в грунте могут находиться в различном состоянии по степени разложения.
В зависимости от особенностей расположения в пределах ширины пятна застройки здания и по глубине основания слоёв или линз заторфованного грунта или торфа выделяются следующие, наиболее распространенные типы заторфованных оснований.
• тип I— в пределах сжимаемой толщи основания здания залегают грунты с примесью растительных остатков, заторфованного грунта или торфа;
• тип II— в верхней части сжимаемой толщи основания здания залегают слои грунта с примесью растительных остатков, заторфованного грунта или торфа;
• тип III— в нижней части сжимаемой толщи основания здания залегают слои грунта с примесью растительных остатков, заторфованного грунта или торфа;
• тип IV— сжимаемая толща в пределах пятна застройки здания включает в себя грунты с примесью растительных остатков, заторфованные грунты и торфы в виде линз:
тип IV а — центрально расположенная линза; тип IV б— односторонне вклинившаяся линза; тип IV в — двухсторонне вклинившиеся линзы;
• тип V— в пределах снижаемой толщи находится прослойка грунта с примесью растительных остатков, заторфованного грунта или торфа;
• тип VI— сжимаемая толща характеризуется многослойной заторфованностью.
При этом заторфованные основания подразделяются на однородные (тип I) и неоднородные (типы II—VI).
Строительство зданий и сооружений на сильно заторфованных грунтах и торфах при непосредственном опирании на их поверхность фундаментов не допускается независимо от толщины слоя таких грунтов.
Если толщина слоя указанных грунтов под подошвой фундаментов зданий и сооружений не превышает 2,0 м, то их надо заменить песчаной подушкой; при толщине, боль шей 2,0 м, целесообразно применить свайные фундаменты с заглублением свай в нижележащие несущие слои грунта не менее чем на 2,0 м.
Деформационные и прочностные характеристики заторфованных грунтов, а также степень агрессивности грунтовых вод должны быть определены в инженерно-геологических изысканиях, которые необходимо выполнить на площадке строительства.
Типы заторфованных оснований
Из состава мероприятий, уменьшающих возможные деформации оснований, сложенных водонасыщенными затор-фованными грунтами, должны предусматриваться:
• прорезка (полная или частичная) слоя заторфованного грунта фундаментами, в том числе свайными;
• частичная или полная срезка (выторфовка] заторфованного грунта с последующей планировкой площади местным (незаторфованным) грунтом или устройством песчаной или гравийной (щебеночной) подушки;
• предварительное уплотнение территории, подлежащей застройке.
Заторфованное основание может быть использовано:
• без применения специальных мероприятий, т.е. с использованием только строительных и конструктивных мероприятий (соблюдение определенной скорости подачи нагрузки на основание, введение поясов жесткости, разбивки здания на отдельные секции и т. п.);
• с применением специальных мероприятий (временная или постоянная пригрузка основания, в том числе с устройством дренажа; временное или постоянное водопонижение; частичная или полная выторфовка, устройство подушек и т. п.).
В зависимости от типа заторфованного основания, степени заторфованности, глубины залегания и толщины слоёв заторфованных грунтов, а также конструктивных особенностей проектируемого здания или сооружения и предъявляемых к нему эксплуатационных требований должны рассматриваться различные варианты специальных мероприятий по уменьшению возможных деформаций основания или повышению его несущей способности, конструктивных или строительных мероприятий.
Рекомендуется применение следующих мероприятий для:
I типа заторфованного основания:
• пригрузка основания временной или постоянной нагрузкой, в том числе с дренажем и последующим устройством зданий или сооружений на плитных фундаментах, монолитных или сборно-монолитных перекрестных лентах.
• устройство песчаной или гравийной (щебеночной) подушки и т. п.
II типа заторфованного основания:
• прорезка (полная ИЛИ частичная) слоя заторфованного грунта фундаментами, в том числе свайными;
• частичная или полная выторфовка заторфованного грун та с устройством фундаментов на песчаной или гравийной (щебеночной) подушке;
• предварительное уплотнение основания временной или по стоянной пригрузкой, в том числе с дренажем.
III типа заторфованного основания:
• устройство зданий и сооружений наплитных фундаментах, монолитных или сборно-монолитных перекрестных
лентах с минимально допустимым их заглублением в слой незаторфованного грунта и
Пример плитного фундамента (поперечный разрез): 1 — фундамент; 2 — наружные стены; 3 — уровень земли; 4 — плитный фундамент под всем зданием или отсеком; 5 — арматурные сетки (диаметр арматуры — по расчету); 6 — песчаная подготовка по уплотненному грунту
конструктивными мероприятиями по повышению пространственной жесткости зданий и сооружений;
• устройство фундаментов зданий и сооружений на предварительно уплотненной подсыпке из местного (незаторфованного) грунта.
IV типа заторфованного основания:
• прорезка незаюрфованного грунта фундаментами, в том числе свайными;
• устройство зданий и сооружений на плитных фундаментах, монолитных или сборно-монолитных перекрестных лентах (рис. 6.31 и 6.32) с конструктивными мероприятиями по повышению пространственной жесткости зданий и сооружений;
• выторфовка линз с заменой местным (незаторфованным) грунтом;
• устройство фундаментов зданий и сооружений на предва рительно уплотненной подсыпке из местного незаюрфованного грунта.
V типа заторфованного основания:
• прорезка слоя заторфованного грунта фундаментами, в том числе свайными;
• выторфовка слоя с заменой местным (незаторфованным) грунтом;
• устройство зданий и сооружений на плитных фундаментах монолитных или сборно-монолитных перекрестных лентах (рис. 6.31 и 6.32) и т. п. с минимально допустимым их заглублением в слой незаюрфованного грунта и конструктивными мероприятиями по повышению пространственной жесткости зданий и сооружений;
• устройство фундаментов зданий и сооружений на предварительно уплотненной подсыпке из местного (незаюрфо ванного) грунта.
VI типа заторфованного основания:
• частичная или полная выторфовка заторфованного грунта с устройством фундаментов на песчаной или гравийной (щебеночной) подушке;
Пример перекрестных фундаментных лент: а — план; б— разрез 1—1: 1 — рабочая арматура (диаметр арматуры — по расчету); 2 — песчаная подготовка по уплотненному грунту; 3 — фундаментная лента; 4 — стена; 5 — отмостка
• устройство фундаментов зданий и сооружений на предварительно уплотненной подсыпке из местного (незаторфо-ванного) грунта;
• устройство зданий и сооружений на плитных фундамен тах, монолитных или сборно-монолитных перекрестных лентах с конструктивными мероприяти ями по повышению пространственной жесткости зданий и сооружений.
Для создания равнопрочного сечения все арматурные сетки и рабочая арматура должны укладываться с перехлестом не менее 30d, где d — диаметр расчетной арматуры.
Выбор мероприятий или их сочетания производится с учетом толщины слоя и свойств заторфованного грунта, а также свойств и толщины слоев грунтов, подстилающих или покрывающих заторфованный грунт.
Песчаные подушки устраиваются под фундаментами для замены сильноснижаемых заторфованных грунтов, уменьшения давления на нижележащие слои грунта и повышения в случае необходимости отметки подошвы фундаментов. Песчаные подушки, выполняя роль дренажа, способствуют ускорению процесса уплотнения нижележащих грунтов.
Подушки устраиваются, как правило, из песков крупных и средней крупности. Допускается применение гравия, щебенки или естественной гравийно-песчаной смеси. Мелкие пески для устройства подушек не рекомендуются.
Песчаные подушки должны уплотняться до объёмного веса скелета грунта, который составляет не менее 1,65 тс/м
Основными средствами, которыми осуществляется предварительное уплотнение заторфованных грунтов, являются:
• пригрузка территории временной или постоянной насыпью (или массивным пригрузом) с устройством фильтрующего слоя, дренажных прорезей или скважин;
• временное или постоянное водопонижение территории.
Источник: Баринов В. В. Коттеджи. Бани. Гаражи: Строительство от А до Я: Практическое руководство.— М.: РИПОЛ классик, 2004
Читайте также: