Особенности проектирования фундаментов возводимых в особых условиях
Обновлено: 05.05.2024
Обеспечение сейсмостойкости основания включает определение передающихся на фундамент нагрузок и последующий квазистатический расчет на эти нагрузки несущей способности основания и фундамента с учетом сил инерции, возникающих в грунте при сейсмических колебаниях, и их влияния на несущую способность грунта.
Предварительные размеры фундаментов и глубина заложения их подошвы определяются без учета сейсмических воздействий (в соответствии с гл. 5) на основное сочетание нагрузок. Последующее уточнение размеров фундаментов с учетом сейсмических нагрузок осуществляется расчетом несущей способности оснований и фундаментов в соответствии с указаниями данной главы.
Глубина заложения фундаментов при грунтах I и II категории по сейсмическим свойствам (см. табл. 12.7) принимается такой же, как и для несейсмических районов. При грунтах III категории по сейсмическим свойствам рекомендуется принимать специальные меры по устройству надежного основания, в том числе водопонижение и искусственное упрочнение грунтов (уплотнение, химическое закрепление и пр.).
Для зданий повышенной этажности (более 5 этажей) глубину заложения фундаментов рекомендуется увеличивать путем устройства подвальных этажей. Подвалы следует располагать, как правило, под всем отсеком здания. При необходимости устройства подвалов под отдельными частями отсека должно соблюдаться условие симметрии расположения подвалов в плане относительно обеих горизонтальных осей отсека. Переход от подвальной части здания к бесподвальной делается уступами.
Фундаменты здания или его отсека, как правило, должны закладываться на одном уровне. При заложении ленточных фундаментов смежных отсеков на разных отметках переход от более углубленной части к менее углубленной делается уступами. Уступы должны быть не более 1:2, а высота уступа не должна превышать 60 см. Ленточные фундаменты примыкающих частей отсеков должны иметь одинаковое заглубление на протяжении не менее 1 м от шва.
При необходимости заложения на разных уровнях рядом стоящих столбчатых фундаментов следует выполнять условие
где ΔH — разность отметок фундаментов; а — расстояние в плане от ближней границы дна котлована более заглубленного фундамента до края фундамента с меньшей глубиной заложения; ψ — угол сдвига, определяемый но формуле
здесь φ — расчетное значение угла внутреннего трения грунта; Δφ — условное уменьшение φ , учитывающее действие сил инерции грунта и принимаемое; при сейсмичности 7 баллов Δφ = 2°, 8 баллов Δφ = 4° и 9 баллов Δφ = 7°; с — расчетное значение удельного сцепления грунта; р — среднее давление под подошвой расположенного выше фундамента при особом сочетании нагрузок.
Столбчатые фундаменты под колонны, разделенные осадочным швом, должны располагаться на одном уровне.
Все эти рекомендации не распространяются на скальные основания.
Если отдельные фундаменты колонн каркасных зданий не могут воспринимать сдвигающие усилия от сейсмической нагрузки, их необходимо соединять с соседними фундаментами. В качестве таких связей могут быть использованы фундаментные балки, над стыками которых с фундаментами следует укладывать симметрично оси ряда сетки длиной 2 м из арматуры диаметром 8–10 мм с шагом продольных стержней 100 мм и поперечных 200 мм.
Для зданий повышенной этажности (более 5 этажей) на основаниях из нескальных грунтов рекомендуется устраивать фундаменты в виде перекрестных железобетонных лент или сплошной плиты.
В фундаментах и стенах подвалов из крупных блоков должна быть выполнена перевязка кладки в каждом ряду, а также во всех углах и пересечениях. Глубина перевязки блоков принимается не менее 1/3 их высоты. Все вертикальные и горизонтальные швы необходимо тщательно заполнить раствором марки не ниже 25. В зданиях с расчетной сейсмичностью 9 баллов углы и пересечения стен должны быть усилены путем закладки в горизонтальные швы арматурных сеток.
По верху сборных ленточных фундаментов следует укладывать слой раствора марки 100 толщиной не менее 40 мм с продольной арматурой диаметром 10 мм в количестве, зависящем от расчетной сейсмичности: при 7 баллах — три стержня, при 8 баллах — четыре стержня и при 9 баллах — шесть стержней (или эквивалентное им по сечению число стержней других диаметров). Через 300– 400 мм продольные стержни должны быть связаны поперечными стержнями диаметром 6 мм.
На скальных грунтах для зданий с расчетной сейсмичностью 7 и 8 баллов не требуется выполнения дополнительных конструктивных мероприятий по увеличению сейсмостойкости сборных ленточных фундаментов и стен подвалов, за исключением случаев, когда эти мероприятия необходимы по расчету.
Фундаменты на слабых грунтах. К слабым грунтам относятся насыщенные водой сильно сжимаемые грунты, теряющие свою прочность при обычных скоростях приложения нагрузок, например очень пористые глинистые грунты, находящиеся в текучем или текучепластичном состоянии. На подобные грунты опирать фундаменты нельзя. При необходимости допускается устройство песчаной подушки, которая не только уменьшает интенсивность давления от фундамента, но и частично изменяет направление фильтрации воды, т. е. уменьшает давление воды, направленной из-под фундамента в стороны; этот эффект усиливается, если под подушкой фундамента устроить вертикальные дрены. При использовании слабых грунтов необходимо в течение всего периода эксплуатации предотвращать изменения его напряженного состояния, которые могут быть вызваны подсыпкой территории, понижением уровня грунтовых вод строительством массивных сооружений около существующих и т. д.
Особое значение при строительстве на слабых грунтах приобретает снижение чувствительности зданий и сооружении к неравномерным осадкам. Это достигается как устройством осадочных швов, так и различными конструктивными мероприятиями: проектированием здании простой конфигурации в плане (круглой, прямоугольной), располагая фундамент выше, чем требуется по условиям эксплуатации, устройством отверстий под вводами трубопроводов в здания и сооружения; устройством канализационных выпусков с повышенными уклонами, превышающими возможную неравномерность осадки грунта вблизи здания (сооружения).
Анкерные фундаменты. В ряде случаев, в частности при скальных и полускальных грунтах, целесообразно применение фундаментов особого типа — анкерные. Эти фундаменты могут воспринимать не только сжимающие, но и растягивающие напряжения, возникающие 5 подошвы фундамента. Анкер рекомендуется предварительно напрягать для улучшения контакта между подошвой фундамента и основанием, если это требуется по расчету. Анкеры применяют также для крепления шпунтовых подпорных стен (см. гл. 12).
Фундаменты под оборудование с динамическими нагрузками. В ряде случаев, когда приходится устраивать фундаменты под оборудование, создающее динамические нагрузки, желательно предварительно или уплот нить грунт более интенсивными динамическими воздействиями (вибрированием или трамбованием), или провести закрепление грунта, или устроить свайное основание. Для уменьшения динамических воздействий целесообразно демпфировать (гасить) колебания на самом оборудовании путем улучшения конструкции подвеска, применением специальных виброгасителей и виброопор, устройством наружний виброизоляции фундамента.
6.1.1 Основания, сложенные просадочными грунтами, должны проектироваться с учетом их особенности, заключающейся в том, что при повышении влажности выше определенного уровня происходит потеря прочности грунта и они дают дополнительные деформации - просадки - от внешней нагрузки и (или) собственного веса грунта.
6.1.2 При проектировании оснований, сложенных просадочными грунтами, следует учитывать возможность повышения их влажности за счет:
а) замачивания грунтов - сверху из внешних источников и (или) снизу при подъеме уровня подземных вод;
б) накопления влаги в грунте вследствие инфильтрации поверхностных вод и экранирования поверхности.
6.1.3 Просадочные грунты характеризуются относительной просадочностью eslи начальным просадочным давлениемpsl. Указанные характеристики определяют в соответствии с6.1.12,6.1.14.
Нормативные значения eslиpsl вычисляют как средние значения результатов их определений (ГОСТ 20522), а расчетные значения допускается принимать равными нормативным (gg =1).
6.1.4 При проектировании оснований, сложенных просадочными грунтами, должны учитываться:
а) просадки от внешней нагрузки ssl,p, происходящие в пределах верхней зоны просадкиhsl,p, измеряемой от подошвы фундамента до глубины, где суммарные вертикальные напряжения от внешней нагрузки и собственного веса грунта равны начальному просадочному давлению или сумма указанных напряжений минимальна (см.6.1.15);
б) просадки от собственного веса грунта ssl,g, происходящие в нижней зоне просадкиhsl,g, начиная с глубины, где суммарные вертикальные напряжения превышают начальное просадочное давлениеpsl или сумма вертикальных напряжений от собственного веса грунта и внешней нагрузки минимальна, и до нижней границы просадочной толщи;
в) неравномерность просадки грунтов Dssl;
г) горизонтальные перемещения основания usl в пределах криволинейной части просадочной воронки при просадке грунтов от собственного веса;
д) потеря устойчивости откосов и склонов;
е) дополнительные нагрузки вследствие образования в грунтовой толще водных куполов;
ж) дополнительные осадки подстилающего просадочную толщу грунтов, происходящие за счет изменения напряженного состояния грунтового массива (см. 6.1.7).
Примечание - Просадку грунтов учитывают при относительной просадочностиesl ³0,01.
6.1.5 При определении просадок грунтов и их неравномерности следует учитывать:
характер планировки территории (наличие выемок и срезки или насыпей и подсыпок, которые оказывают влияние на напряженное состояние грунтов основания, а также на вид и размер просадок);
возможные виды, размеры и места расположения источников замачивания грунтов; конструктивные особенности сооружения, в частности наличие тоннелей, подвалов под частью сооружения и т.п.;
дополнительные нагрузки на глубокие фундаменты, уплотненные и закрепленные массивы от сил негативного трения, возникающих при просадках грунтов от собственного веса.
Кроме того, необходимо учитывать, что при замачивании сверху больших площадей (ширина замачиваемой площади Вw равна или превышает толщину слоя просадочного грунта - просадочную толщуHsl) и замачивании снизу за счет подъема уровня подземных вод полностью проявляется просадка от собственного весаssl,g, а при замачивании сверху малых площадей (Bw Hsl) проявляется только ее частьs'sl,g(см.6.1.18).
Примечание- При определении неравномерности просадок грунтов следует учитывать возможные наиболее неблагоприятные виды и места расположения источников замачивания по отношению к рассчитываемому фундаменту или сооружению в целом.
6.1.6 Грунтовые условия площадок, сложенных просадочными грунтами, в зависимости от возможности проявления просадки грунтов от собственного веса подразделяют на два типа:
I тип - грунтовые условия, в которых возможна в основном просадка грунтов от внешней нагрузки, а просадка грунтов от собственного веса отсутствует или не превышает 5 см;
IIтип - грунтовые условия, в которых помимо просадки грунтов от внешней нагрузки возможна их просадка от собственного веса и ее величина превышает 5 см.
6.1.7 Расчет оснований, сложенных просадочными грунтами, производят в соответствии с требованиями раздела 5.
При этом деформации основания определяют суммированием осадок и просадок. Осадки основания определяют без учета просадочных свойств грунтов исходя из деформационных характеристик грунтов при установившейся влажности, а просадки - в соответствии с требованиями 6.1.2-6.1.5.
Установившееся значение влажности принимают равным природной влажности w, еслиw ³wp, и влажности на границе раскатыванияwp, еслиw wp.
Примечание- Следует также учитывать дополнительные осадки подстилающих просадочную толщу грунтов, которые могут быть вызваны изменением напряженного состояния грунтового массива из-за нагрузок: от зданий и сооружений, грунтовых подушек, подсыпок при выполнении вертикальной планировки, а также от веса воды при водонасыщении просадочной толщи и т.п.
6.1.8 Расчетное сопротивление грунта основания R при возможном замачивании просадочных грунтов (см.6.1.2, а) принимают равным:
а) начальному просадочному давлению psl при устранении возможности просадки грунтов от внешней нагрузки путем снижения давления по подошве фундамента;
б) значению, вычисленному по формуле (5.7) с использованием расчетных значений прочностных характеристик (jIIисII) в водонасыщенном состоянии.
При невозможности замачивания просадочных грунтов расчетное сопротивление грунта основания R определяют по формуле (5.7) с использованием прочностных характеристик этих грунтов при установившейся влажности (см.6.1.7).
При определении расчетного сопротивления грунта основания при возможности его замачивания до полного водонасыщения коэффициенты условий работы gс1иgс2принимают по таблице5.4как для глинистых грунтов с показателем текучестиIL> 0,5, а при невозможности замачивания - с показателем текучестиIL £0,5.
6.1.9 Предварительные размеры фундаментов сооружений IиIIуровней ответственности, возводимых на просадочных грунтах, назначают исходя из расчетных сопротивлений основанияR0, принимаемых по таблицеВ.4приложенияВ.
Указанными значениями R0допускается пользоваться также для назначения окончательных размеров фундаментов сооруженийIIIуровня ответственности, в которых отсутствует мокрый процесс.
6.1.10 При устранении просадочных свойств грунтов уплотнением или закреплением для сооружений IиIIуровней ответственности необходимо обеспечить, чтобы полное давление на кровлю подстилающего неуплотненного или незакрепленного слоя не превышало начальное просадочное давлениеpsl.
6.1.11 Просадку грунтов основания ssl, см, при увеличении их влажности вследствие замачивания сверху больших площадей (см.6.1.5), а также замачивания снизу при подъеме уровня подземных вод определяют по формуле
(6.1)
где esl,i - относительная просадочностьi-го слоя грунта, определяемая в соответствии с6.1.12;
hi - толщинаi-го слоя, см;
ksl,i - коэффициент, определяемый в соответствии с6.1.13;
п- число слоев, на которое разбита зона просадкиhsl, принимаемое в соответствии с6.1.17.
6.1.12 Относительную просадочность грунта eslопределяют на основе испытаний грунта в лабораторных условиях (ГОСТ 23161) по формуле
(6.2)
где hn,p иhsat,p - высота образца, см, соответственно природной влажности и после его полного водонасыщения (w =wsat) при давленииp, кПа, равном вертикальному напряжению на рассматриваемой глубине от внешней нагрузки и собственного веса грунтар=szp+szg при определении просадки грунта в верхней зоне просадки; при определении просадки грунта в нижней зоне просадки также учитывают дополнительную нагрузку от сил негативного трения;
hn,g - высота, см, того же образца природной влажности прир=szg.
Значение esl может быть определено также в полевых условиях по испытаниям грунта штампом с замачиванием (ГОСТ 20276).
6.1.13 Коэффициент ksl,i, входящий в формулу (6.1), приb ³12 м принимают равным единице для всех слоев грунта в пределах зоны просадки; приb £3 м вычисляют по формуле
ksl,i= 0,5 + 1,5(p –psl,i)/p0, (6.3)
где р- среднее давление под подошвой фундамента, кПа;
psl,i- начальное просадочное давление грунтаi-го слоя, кПа, определяемое в соответствии с6.1.14;
p0- давление, равное 100 кПа.
При определении просадки грунта от собственного веса следует принимать ksl= 1 приHsl £15 м иksl =1,25 приHsl ³20 м, при промежуточных значенияхHsl коэффициентksl определяют интерполяцией.
6.1.14 За начальное просадочное давление pslпринимают давление, соответствующее:
при лабораторных испытаниях грунтов в компрессионном приборе (ГОСТ 23161) - давлению, при котором относительная просадочностьeslравна 0,01;
при полевых испытаниях штампами предварительно замоченных грунтов (ГОСТ 20276) - давлению, равному пределу пропорциональности на графике «нагрузка - осадка»;
при замачивании грунтов в опытных котлованах - вертикальному напряжению от собственного веса грунта на глубине, начиная с которой происходит просадка грунта от собственного веса.
6.1.15 Толщину зоны просадки грунта hsl принимают равной (см. рисунок6.1):
толщине верхней зоны просадочной толщи hsl,p при определении просадки грунта от внешней нагрузкиssl,p (см.6.1.4), при этом нижняя граница указанной зоны соответствует глубине, гдеsz=szp+szg=psl (см. рисунок6.1а,б), или глубине, где значение о;минимально, еслиsz,min >psl (см. рисунок6.1,в);
толщине нижней зоны просадочной толщи hsl,g при определении просадки грунта от собственного весаssl,g(см.6.1.4,6.1.5), т.е. начиная с глубиныzg, гдеsz=psl, или значениеszминимально, еслиsz,min >psl, и до нижней границы просадочной толщи.
6.1.16 При отсутствии опытных определений начального просадочного давления суммирование по формуле (6.1) производят до глубины, на которой относительная просадочностьeslот давленияpiравна 0,01.
6.1.17 Для расчета просадки грунта от нагрузки фундамента просадочную толщу разбивают на отдельные слои hi в соответствии с литологическим разрезом и горизонтами определенияesl,i. При этом толщина слоев должна быть не более 2 м, а изменение суммарного напряжения в пределах каждого слоя не должно превышать 200 кПа.
При расчете просадок по формуле (6.1) учитывают только слои грунта, относительная просадочность которых при фактическом напряженииesl ³0,01. Слои, в которыхesl 0,01, исключают из рассмотрения. Указанные требования относятся и к расчету максимальной просадки грунта от собственного веса по формуле (6.1).
6.1.18 Возможную просадку грунта от собственного веса s'sl,g, см, при замачивании сверху малых площадей (ширина замачиваемой площадиВw меньше размера просадочной толщиHsl) определяют по формуле
(6.4)
где ssl,g - максимальное значение просадки грунта от собственного веса, см, определяемое в соответствии с6.1.11.
6.1.19 При проектировании оснований, сложенных просадочными грунтами, в случае их возможного замачивания (см. 6.1.2,а) должны предусматриваться мероприятия, исключающие или снижающие до допустимых пределов просадки оснований и (или) уменьшающие их влияние на эксплуатационную надежность сооружений в соответствии с6.1.21,6.1.22.
а- просадка от собственного весаssl,g отсутствует (не превышает 5 см), возможна только просадка от внешней нагрузкиssl,p в верхней зоне просадкиhsl,p (Iтип грунтовых условий);б,в,г- возможна просадка от собственного весаssl,g в нижней зоне просадкиhsl,gначиная с глубиныzg (IIтип грунтовых условий);б- верхняя и нижняя зоны просадки не сливаются, имеется нейтральная зонаhп;в- верхняя и нижняя зоны просадки сливаются;г- просадка от внешней нагрузки отсутствует; 1 - вертикальные напряжения от собственного веса грунтаszg: 2 - сумммарные вертикальные напряжения от внешней нагрузки и собственного веса грунтаsz =szp+szg; 3 - изменение с глубиной начального просадочного давленияpsl;Hsl - толщина слоя просадочных грунтов (просадочная толща);d - глубина заложения фундаментаРисунок 6.1 - Схемы к расчету просадок основания фундаментов
В случае невозможности замачивания основания в течение всего срока эксплуатации сооружения (с учетом его возможной реконструкции) просадочные свойства грунтов допускается не учитывать, однако в расчетах должны использоваться физико-механические характеристики грунтов, соответствующие установившейся влажности (см. 6.1.7).
6.1.20 Расчет просадки в грунтовых условиях Iтипа не производят, если в пределах всей просадочной толщи сумма вертикальных напряжений от внешней нагрузки и от собственного веса грунта не превышает начальное просадочное давлениеpsl.
6.1.21 При возможности замачивания грунтов основания (см. 6.1.2) следует предусматривать:
а) устранение просадочных свойств грунтов в пределах всей просадочной толщи (см. 6.1.22);
б) прорезку просадочной толщи фундаментами, в том числе свайными и массивами из закрепленного грунта (см. 6.1.23);
в) комплекс мероприятий, включающий частичное устранение просадочных свойств грунтов, водозащитные и конструктивные мероприятия, указанные в разделе 5.9.
В грунтовых условиях IIтипа наряду с устранением просадочных свойств грунтов или прорезкой просадочной толщи фундаментами глубокого заложения должны предусматриваться водозащитные мероприятия, а также соответствующая компоновка генплана.
Выбор мероприятий должен производиться с учетом типа грунтовых условий, вида возможного замачивания, расчетной просадки, взаимосвязи проектируемых сооружений с сооружениями окружающей застройки в соответствии с требованиями 4.2.
6.1.22 Устранение просадочных свойств грунтов достигается:
а) в пределах верхней зоны просадки или ее части - уплотнением тяжелыми трамбовками, устройством грунтовых подушек, вытрамбовыванием котлованов, в том числе с устройством уширения из жесткого материала (бетона, щебня, песчано-гравийной смеси), химическим или термическим закреплением;
б) в пределах всей просадочной толщи - глубинным уплотнением грунтовыми сваями, предварительным замачиванием грунтов основания, в том числе с глубинными взрывами, химическим или термическим закреплением.
6.1.23 При проектировании заглубленных фундаментов следует учитывать:
в грунтовых условиях Iтипа - сопротивление грунта по боковой поверхности фундаментов;
в грунтовых условиях IIтипа - негативное трение грунта по боковой поверхности фундаментов, возникающее при просадке грунтов от собственного веса.
6.1.1 Основания, сложенные просадочными грунтами, должны проектироваться с учетом их особенности, заключающейся в том, что при повышении влажности выше определенного уровня происходит потеря прочности грунта и они дают дополнительные деформации - просадки - от внешней нагрузки и (или) собственного веса грунта.
6.1.2 При проектировании оснований, сложенных просадочными грунтами, следует учитывать возможность повышения их влажности за счет:
а) замачивания грунтов - сверху из внешних источников и (или) снизу при подъеме уровня подземных вод;
б) накопления влаги в грунте вследствие инфильтрации поверхностных вод и экранирования поверхности.
6.1.3 Просадочные грунты характеризуются относительной просадочностью sl и начальным просадочным давлением psl. Указанные характеристики определяют в соответствии с 6.1.12 и 6.1.14.
Нормативные значения sl и psl вычисляют как средние значения результатов их определений (ГОСТ 20522), а расчетные значения допускается принимать равными нормативным (g = 1).
6.1.4 При проектировании оснований, сложенных просадочными грунтами, должны учитываться:
а) просадки от внешней нагрузки ssl,p, происходящие в пределах верхней зоны просадки hsl,p, измеряемой от подошвы фундамента до глубины, где суммарные вертикальные напряжения от внешней нагрузки и собственного веса грунта равны начальному просадочному давлению или сумма указанных напряжений минимальна (см. 6.1.15);
б) просадки от собственного веса грунта ssl,g, происходящие в нижней зоне просадки hsl,g, начиная с глубины, где суммарные вертикальные напряжения превышают начальное просадочное давление psl или сумма вертикальных напряжений от собственного веса грунта и внешней нагрузки минимальна, и до нижней границы просадочной толщи;
в) неравномерность просадки грунтов ssl;
г) горизонтальные перемещения основания usl в пределах криволинейной части просадочной воронки при просадке грунтов от собственного веса;
д) потеря устойчивости откосов и склонов;
е) дополнительные нагрузки вследствие образования в грунтовой толще водных куполов.
Примечание - Просадку грунтов учитывают при относительной просадочности sl > 0,01.
6.1.5 При определении просадок грунтов и их неравномерности следует учитывать: характер планировки территории (наличие выемок и срезки или насыпей и подсыпок, которые оказывают влияние на напряженное состояние грунтов основания, а также на вид и размер просадок); возможные виды, размеры и места расположения источников замачивания грунтов; конструктивные особенности сооружения, в частности наличие тоннелей, подвалов под частью сооружения и т.п.; дополнительные нагрузки на глубокие фундаменты, уплотненные и закрепленные массивы от сил негативного трения, возникающих при просадках грунтов от собственного веса.
Кроме того, необходимо учитывать, что при замачивании сверху больших площадей (ширина замачиваемой площади Bw равна или превышает толщину слоя просадочного грунта - просадочную толщу Hsl) и замачивании снизу за счет подъема уровня подземных вод полностью проявляется просадка от собственного веса ssl,g, а при замачивании сверху малых площадей (Bw Hsl проявляется лишь только часть ее (см. 6.1.18).
Примечание - При определении неравномерности просадок грунтов следует учитывать возможные наиболее неблагоприятные виды и места расположения источников замачивания по отношению к рассчитываемому фундаменту или сооружению в целом.
6.1.6 Грунтовые условия площадок, сложенных просадочными грунтами, в зависимости от возможности проявления просадки грунтов от собственного веса подразделяют на два типа:
I тип - грунтовые условия, в которых возможна в основном просадка грунтов от внешней нагрузки, а просадка грунтов от собственного веса отсутствует или не превышает 5 см;
II тип - грунтовые условия, в которых помимо просадки грунтов от внешней нагрузки возможна их просадка от собственного веса и размер ее превышает 5 см.
6.1.7 Расчет оснований, сложенных просадочными грунтами, производят в соответствии с требованиями раздела 5.
При этом деформации основания определяют суммированием осадок и просадок. Осадки основания определяют без учета просадочных свойств грунтов исходя из деформационных характеристик грунтов при установившейся влажности, а просадки - в соответствии с требованиями 6.1.2-6.1.5.
Установившееся значение влажности принимают равным природной влажности w, если w wp, и влажности на границе раскатывания wp, если w wp.
Примечание - Следует также учитывать осадки подстилающих просадочную толщу грунтов, которые могут быть вызваны изменением напряженного состояния грунтового массива из-за нагрузок: от зданий и сооружений, грунтовых подушек, подсыпок при выполнении вертикальной планировки, а также от веса воды при водонасыщении просадочной толщи и т.п.
6.1.8 Расчетное сопротивление грунта основания R при возможном замачивании просадочных грунтов (6.1.2, а) принимают равным:
а) начальному просадочному давлению psl при устранении возможности просадки грунтов от внешней нагрузки путем снижения давления по подошве фундамента;
б) значению, вычисленному по формуле (5.5) с использованием расчетных значений прочностных характеристик (II и сII) в водонасыщенном состоянии.
При невозможности замачивания просадочных грунтов расчетное сопротивление грунта основания R определяют по формуле (5.5) с использованием прочностных характеристик этих грунтов при установившейся влажности (6.1.7).
При определении расчетного сопротивления грунта основания при возможности его замачивания до полного водонасыщения коэффициенты условий работы c1 и c2 принимают по таблице 5.2 как для глинистых грунтов с показателем текучести IL > 0,5, а при невозможности замачивания - с показателем текучести IL 0,5.
6.1.9 Предварительные размеры фундаментов сооружений I и II уровней ответственности, возводимых на просадочных грунтах, назначают исходя из расчетных сопротивлений основания R0, принимаемых по таблице Д.4 приложения Д.
Указанными значениями R0 допускается пользоваться также для назначения окончательных размеров фундаментов сооружений III уровня ответственности, в которых отсутствует мокрый процесс.
6.1.10 При устранении просадочных свойств грунтов уплотнением или закреплением необходимо обеспечить, чтобы полное давление на кровлю подстилающего неуплотненного или незакрепленного слоя не превышало начальное просадочное давление psl.
6.1.11 Просадку грунтов основания ssl, см, при увеличении их влажности вследствие замачивания сверху больших площадей (см. 6.1.5), а также замачивания снизу при подъеме уровня подземных вод определяют по формуле
, (6.1)
где sl,i - относительная просадочность i-го слоя грунта, определяемая в соответствии с 6.1.12;
hi - толщина i-го слоя, см;
ksl,i - коэффициент, определяемый в соответствии с 6.1.13;
n - число слоев, на которое разбита зона просадки hsl, принимаемое в соответствии с 6.1.17.
6.1.12 Относительную просадочность грунта sl определяют на основе испытаний грунта в лабораторных условиях (ГОСТ 23161) по формуле
, (6.2)
где hn,p и hsat,p - высота образца, см, соответственно природной влажности и после его полного водонасыщения (w = wsat) при давлении р, кПа, равном вертикальному напряжению на рассматриваемой глубине от внешней нагрузки и собственного веса грунта р = zp + zg при определении просадки грунта в верхней зоне просадки; при определении просадки грунта в нижней зоне просадки также учитывают дополнительную нагрузку от сил негативного трения;
hn,g - высота, см, того же образца природной влажности при р = zg.
Значение sl может быть определено также в полевых условиях по испытаниям грунта штампом с замачиванием (ГОСТ 20276).
6.1.13 Коэффициент ksl,i, входящий в формулу (6.1), при b 12 м принимают равным единице для всех слоев грунта в пределах зоны просадки; при b 3 вычисляют по формуле
ksl,i = 0,5 + 1,5(p - psl,i)/p0, (6.3)
где р - среднее давление под подошвой фундамента, кПа;
psl,i - начальное просадочное давление грунта i-го слоя, кПа, определяемое в соответствии с 6.1.14;
р0 - давление, равное 100 кПа.
При определении просадки грунта от собственного веса следует принимать ksl = 1 при Hsl 15 м и ksl = 1,25 при Hsl 20 м, при промежуточных значениях Hsl коэффициент ksl определяют интерполяцией.
6.1.14 За начальное просадочное давление psl принимают давление, соответствующее:
- при лабораторных испытаниях грунтов в компрессионных приборах (ГОСТ 23161) - давлению, при котором относительная просадочность sl равна 0,01;
- при полевых испытаниях штампами предварительно замоченных грунтов (ГОСТ 20276) - давлению, равному пределу пропорциональности на графике "нагрузка-осадка";
- при замачивании грунтов в опытных котлованах - вертикальному напряжению от собственного веса грунта на глубине, начиная с которой происходит просадка грунта от собственного веса.
6.1.15 Толщину зоны просадки грунта hsl принимают равной (рисунок 6.1):
толщине верхней зоны просадочной толщи hsl при определении просадки грунта от внешней нагрузки ssl (6.1.4), при этом нижняя граница указанной зоны соответствует глубине, где z = zp + zg = psl (рисунок 6.1 а, б) или глубине, где значение z минимально, если z,min > psl (рисунок 6.1, в);
толщине нижней зоны просадочной толщи hsl,g при определении просадки грунта от собственного веса ssl,g, (6.1.4 и 6.1.5), т.е. начиная с глубины zg, где z = psl, или значение z минимально, если z,min > psl, и до нижней границы просадочной толщи.
6.1.16 При отсутствии опытных определений начального просадочного давления суммирование по формуле (6.1) производят до глубины, на которой относительная просадочность sl от давления pi равна 0,01.
6.1.17 Для расчета просадки грунта от нагрузки фундамента просадочную толщу разбивают на отдельные слои hi в соответствии с литологическим разрезом и горизонтами определения sl,i. При этом толщина слоев должна быть не более 2 м, а изменение суммарного напряжения в пределах каждого слоя не должно превышать 200 кПа. При расчете просадок по формуле (6.1) учитывают только слои грунта, относительная просадочность которых при фактическом напряжении sl > 0,01. Слои, в которых sl < 0,01, исключают из рассмотрения. Указанные требования относятся и к расчету максимальной просадки грунта от собственного веса по формуле (6.1).
6.1.18 Возможную просадку грунта от собственного веса, см, при замачивании сверху малых площадей (ширина замачиваемой площади Вw меньше размера просадочной толщи Hsl) определяют по формуле
, (6.4)
где ssl,g - максимальное значение просадки грунта от собственного веса, см, определяемое в соответствии с 6.1.11.
а - просадка от собственного веса ssl,g отсутствует (не превышает 5 см), возможна только просадка от внешней нагрузки ssl,p в верхней зоне просадки hsl,p (I тип грунтовых условий); б, в, г - возможна просадка от собственного веса ssl,g в нижней зоне просадки hsl,g, начиная с глубины zg (II тип грунтовых условий); б - верхняя и нижняя зоны просадки не сливаются, имеется нейтральная зона hn; в - верхняя и нижняя зоны просадки сливаются; г) - просадка от внешней нагрузки отсутствует; 1 - вертикальные напряжения от собственного веса грунта zg; 2 -суммарные вертикальные напряжения от внешней нагрузки и собственного веса грунта z = zp + zg; 3 - изменение с глубиной начального просадочного давления psl; Hsl - толщина слоя просадочных грунтов (просадочная толща); d - глубина заложения фундамента
Рисунок 6.1 - Схемы к расчету просадок основания
6.1.19 При проектировании оснований, сложенных просадочными грунтами, в случае их возможного замачивания (6.1.2, а) должны предусматриваться мероприятия, исключающие или снижающие до допустимых пределов просадки оснований и (или) уменьшающие их влияние на эксплуатационную пригодность сооружений в соответствии с 6.1.21 и 6.1.22.
В случае невозможности замачивания основания в течение всего срока эксплуатации сооружения (с учетом его возможной реконструкции) просадочные свойства грунтов допускается не учитывать, однако в расчетах должны использоваться физико-механические характеристики грунтов, соответствующие установившейся влажности (см. 6.1.7).
6.1.20 Расчет просадки в грунтовых условиях I типа не производят, если в пределах всей просадочной толщи сумма вертикальных напряжений от внешней нагрузки и от собственного веса грунта не превышает начальное просадочное давление psl.
6.1.21 При возможности замачивания грунтов основания (см. 6.1.2) следует предусматривать одно из следующих мероприятий:
а) устранение просадочных свойств грунтов в пределах всей просадочной толщи (6.1.22);
б) прорезку просадочной толщи фундаментами, в том числе свайными и массивами из закрепленного грунта (6.1.23);
в) комплекс мероприятий, включающий частичное устранение просадочных свойств грунтов, водозащитные и конструктивные мероприятия (подраздел 5.8).
В грунтовых условиях II типа наряду с устранением просадочных свойств грунтов или прорезкой просадочной толщи глубокими фундаментами должны предусматриваться водозащитные мероприятия, а также соответствующая компоновка генплана.
Выбор мероприятий должен производиться с учетом типа грунтовых условий, вида возможного замачивания, расчетной просадки, взаимосвязи проектируемых сооружений с соседними объектами и коммуникациями в соответствии с требованиями 4.1.
6.1.22 Устранение просадочных свойств грунтов достигается:
а) в пределах верхней зоны просадки или ее части уплотнением тяжелыми трамбовками, устройством грунтовых подушек, вытрамбовыванием котлованов, в том числе с устройством уширения из жесткого материала (бетона, щебня, песчано-гравийной смеси), химическим или термическим закреплением;
б) в пределах всей просадочной толщи - глубинным уплотнением грунтовыми сваями, предварительным замачиванием грунтов основания, в том числе с глубинными взрывами, химическим или термическим закреплением.
6.1.23 При проектировании глубоких фундаментов следует учитывать:
в грунтовых условиях I типа - сопротивление грунта по боковой поверхности фундаментов;
в грунтовых условиях II типа - негативное трение грунта по боковой поверхности фундаментов, возникающее при просадке грунтов от собственного веса.
При выемке полезного ископаемого подземным способом в образовавшуюся полость смещаются покрывающие его толщи пород, а на земной поверхности образуется чашеобразная впадина, называемая мульдой сдвижения. Размер в плане и глубина мульды зависят от ряда факторов: толщины пласта m , его угла падения α , глубины разработки Н , размеров выработки вдоль и вкрест простирания пласта D1 и D2 , толщины наносов, физико-механических свойств пород и т.д. В зависимости от глубины разработки деформации земной поверхности могут проявляться в виде провалов, возникающих при выемке угля на небольших глубинах, уступов и трещин, возникающих при выемке крутопадающих пластов ( α > 45°), a также в виде плавных оседаний.
На рис. 12.1 изображены вертикальные разрезы по главным осям отдельной выработки вкрест и вдоль простирания пласта при α = 25°, а также кривые оседаний η , наклонов i , относительных горизонтальных деформаций ε , кривизны k и горизонтальных сдвижений ξ , вычисленные и построенные для условий Донецкого бассейна [2] при m = 1,2 м; H = 220 м; D1 = 120 м; D2 = 250 м.
Границы мульды определяются граничными углами сдвижения: β0 , γ0 и δ0 . Вектор сдвижения из любой точки Аимеет направление в сторону центра выработанного пространства, он разлагается на вертикальную составляющую ηA и горизонтальную ξA . Максимальное оседание ηmax (при полной подработке η0 ) определяется углами сдвижения ψ и углом максимального оседания θ . Максимальное оседание при полном обрушении кровли достигает 50–90 % толщины вынимаемого пласта, а горизонтальное сдвижение – 30% максимального оседания.
Все эпюры деформаций, кроме оседаний, двузначные: по краям мульды ξ и k положительные (растяжение грунта и кривизна выпуклости), а в средней части отрицательные (сжатие и кривизна вогнутости). Знаки кривых i и ξ свидетельствуют о разных направлениях наклонов точек мульды и их перемещений.
Относительные горизонтальные деформации ± ε , вследствие трения и сцепления фундаментов с грунтом, вызывают в конструкциях растяжение и сжатие, изгиб и скашивание; кривизна мульды k — прогиб и выгиб конструкций здания; наклоны i — их крен. Деформации земной поверхности, вызываемые горными выработками, являются факторами нагрузки для несущих конструкций сооружений, а их воздействия на конструкции относятся к числу особых.
Читайте также: