Рекомендации по проектированию фундаментов на закарстованных территориях

Обновлено: 17.05.2024

С УЧЕТОМ СОВМЕСТНОЙ РАБОТЫ С ВЕРХНИМ СТРОЕНИЕМ
6.1. Расчеты фундаментной плиты и перекрестных лент с воронкой в основании выполняются на ЭВМ в нескольких вариантах при различных положениях воронки, принимаемых в соответствии с указаниями п.2.11, с тем, чтобы определить максимальные усилия и деформации фундамента.
6.2. При выборе программы для расчета фундаментов на ЭВМ следует пользоваться перечнем и характеристиками программ, приведенными в прил.1 Руководства [3].
6.3. Для многовариантных расчетов фундаментных плит с учетом жесткости верхнего строения здания с несущими стенами либо со связевым каркасом наиболее удобной является программа ПОРТИК- (разработчик - Челябинский политехнический институт им. Ленинского комсомола) на ЕС ЭВМ [5], доведенная до практического использования после составления перечня программ Руководства [3].
Программа ПОРТИК- отличается от других известных программ быстродействием, простотой подготовки, ввода и контроля исходных данных, позволяет рассчитать плиту произвольной ортогональной формы в плане, ступенчато-переменной толщины с отверстиями и ребрами на основании, характеризуемом переменным коэффициентом жесткости, который для закарстованного основания определяется по указаниям раздела 5.
Расчет плиты выполняется вариационно-разностным методом.
Верхнее строение моделируется системой стен, связанных между собой дисками перекрытий. Учитывается жесткая связь стен в уровне каждого этажа. Взаимодействие стен между собой выражается в виде вертикальных усилий сдвига. Стены считаются способными сопротивляться изгибу только в своей плоскости.
Диски перекрытий выполняют роль недеформирующихся связей между стенами. Соединение их со стенами - шарнирное.
Взаимодействие стен с дисками перекрытий учитывается в виде горизонтальных усилий сдвига.
На контакте стен с фундаментной плитой действуют вертикальные силы и момент, который приводится к паре вертикальных сил с плечом, равным ширине стены. Возможен поворот стен. Вертикальные силы, передаваемые стеной, считаются приложенными к плите в крайних точках контактной зоны. Влияние на работу плиты сдвигающих усилий, возникающих в этой зоне, не учитывается.
Перемещения стены на контакте с плитой изменяются по линейному закону, так как для стены принята гипотеза плоских сечений, что обеспечивается заданием достаточно большой жесткости плиты (при шестикратной толщине плиты) в плоскости стены.
Фундаментная плита может быть нагружена произвольной вертикальной нагрузкой, приводимой к узлам сетки.
К стенам прикладываются погонная вертикальная нагрузка и сосредоточенная ветровая, задаваемая в уровне перекрытий соответствующего этажа.
Плиту можно рассчитывать сразу при нескольких вариантах загружений, а также выполнять расчеты с различными положениями одной воронки либо сразу двух и более воронок. Причем задание координат центра воронки и ее радиуса автоматически связывается с принятием в зоне воронки коэффициента жесткости, равного нулю.
Программа снабжена блоком армирования.
Перекрестно-ленточные фундаменты также могут рассчитываться по программе ПОРТИК- как ребристые либо плоские плиты с вырезами.
Для ЭВМ с объемом оперативной памяти 512 К байтов возможен расчет плиты в системе ДОС с общим количеством узлов разностной сетки до 4000 и в системе ОС до 1600 узлов, а также с верхним строением, включающим до 50 плоских стен.
Время расчета на ЕС-1033 фундаментной плиты, имеющей 1118 узлов разностной сетки, с учетом жесткости одного этажа здания составляет примерно 20 мин, а на ЕС-1060 - 4 мин.
6.4. Программный комплекс ППП АПЖБК (Лира) Киевского НИИАСС [3], обладающий большими расчетными возможностями, рекомендуется для выполнения расчета фундаментной плиты произвольной формы и переменной толщины, а также перекрестных лент совместно с верхним строением здания, в результате которого определяются усилия и деформации как фундамента, так и элементов верхнего строения.
Комплекс реализует метод конечного элемента для фундамента и верхнего строения.
Для основания может быть принята модель переменного коэффициента жесткости.
Комплекс имеет блок армирования. Расчет ведется в упругой постановке. Нелинейные деформации железобетона учитываются при подборе арматуры.
Расчет может выполняться сразу на несколько загружений.
Ограничениями для программного комплекса являются время счета и число узлов сетки, не превышающее 3200.
6.5. Для уменьшения времени расчета по программному комплексу ППП АПЖБК при многовариантных расчетах с различными положениями воронки рекомендуется предварительно выбрать с помощью программы ПОРТИК- наиболее невыгодные для деформаций и усилий в фундаменте положения воронки.
6.6. Для расчета перекрестно-ленточного фундамента с учетом жесткости рамного каркаса здания следует пользоваться программой ПРОФКОН на ЕС ЭВМ Харьковского Промстройниипроекта [3] .
Программа позволяет также выполнить расчет фундаментной плиты произвольной формы в плане, ступенчато-переменной толщины совместно с рамным каркасом здания. Основание может моделироваться переменным коэффициентом жесткости.
Каркас здания представляется стержневой расчетной схемой. Плита заменяется эквивалентной по жесткости системой перекрестных балок.
Система каркас-фундамент-основание рассчитывается как пространственная стержневая конструкция методом перемещений строительной механики. Усилия в фундаменте определяются по полученным перемещениям узлов системы перекрестных балок с помощью конечно-разностных соотношений.
При образовании воронки в основании стержни системы перекрестных балок, оказавшиеся в зоне воронки, исключаются из категории стержней на упругом основании и переходят в категорию обычных стержней. Количество, размеры и очертания воронок при этом произвольные.
Количественные возможности программы ПРОФКОН (Проектирование фундаментных конструкций) определяются неравенством
,

где - число узлов пространственного надфундаментного каркаса;
- число узлов системы перекрестных балок.
Результатами расчета по программе являются усилия и перемещения фундамента, реактивный отпор основания, а также армирование фундамента.
Пример 4. Расчет фундаментной плиты каркасно-связевого здания

по программе ПОРТИК-
Требуется рассчитать на ЭВМ по программе ПОРТИК- фундаментную плиту здания районной АТС, расположенного в потенциально карсто-опасном районе (по районированию, указанному в [2]).
Исходные данные для расчета задаем в соответствии с инструкцией к программе.
На рис.9 приведен план плиты с нагрузками на колонны, МН (нагрузки на диафрагмы переданы колоннам).
Расчет выполняем на одно из невыгодных положений воронки диаметром 6 м, принятое под центральной колонной, и на одно загружение плиты вертикальной нагрузкой без учета жесткости верхнего строения. Координаты центра воронки составляют 25,5 м, 10,5 м.
Величины коэффициента жесткости основания, ослабленного воронкой, задаем по результатам вычислений, приведенных в примере 2 (см. раздел 5). Зоны коэффициента жесткости и положение воронки показаны на плане плиты (см. рис.9).
Размеры прямоугольника, в который вписывается плита, составляют 57х21 м. Шаг сетки в двух направлениях 1,5 м.
Толщина плиты 0,7 м. Бетон марки М200. Модуль упругости бетона 24000 МПа. Коэффициент Пуассона 0,2.
Результаты расчета приведены на рис.11 и 12. Эпюры изгибающих моментов показаны для сечений 8 и 18.

Рис.11. Эпюры осадок (1) и моментов (2) для сечения 8 фундаментной плиты каркасного здания

Рис.12. Эпюры осадок (1) и моментов (2) для сечения 18 фундаментной плиты каркасного здания

Пример 5. Расчет фундаментной плиты крупнопанельного 16-этажного дома

по программе ПОРТИК-
Требуется рассчитать на ЭВМ по программе ПОРТИК- фундаментную плиту рядовой секции П44-1/16 крупнопанельного 16-этажного дома с поперечными несущими стенами, расположенного в потенциально карсто-опасном районе.
Исходные данные для расчета задаем в соответствии с инструкцией к программе.
План плиты с марками стен приведен на рис.10. Нагрузки на стены даны в табл.5

Из заключения: "Площадка оценивается IVБ категорией устойчивости относительно карстовых провалов и средним диаметром провала 12,0 м. Вероятность поражения сооружений составляет 0,008 а расчётный пролёт провала равен 1,5 м. Инженерно-геологические условия для строительства неблагоприятные -возможно наличие в разрезе насыпных грунтов, слабых грунтов -супезей и торфов. Диаметры карстовых форм изменяются в пределах 5-15 м, реже достигают 35 м. Находясь в непосредственной близости от реки, подземные воды характеризуются режимом прибрежного типа, т.е. испытывают сильные изменения уровней, связанные с подъёмом и спадом реки.Аллювиальные четвертичной отложения представлены песками кварцевыми разнозернистыми, с прослоями суглинков, илов, погребного торфа. Мощность аллювиальных отложений 27-34 м.с глубины 31-33 м. залегают сульфатные породы сакмарского яруса:гипсы , ангидриты спрослоями доломитов, затронутые карстовым процессом.
В действительности при отрывке котлована на глубине 4 м. идёт суглинок, потом песок. Вода гдето на уроне 2,5 м.
Планирется построить 2-х этажный котедж с цокольным этажом. Размеры в плане 11х11 м. Стены - колодезная кладка из силикатного кирпича с утеплителем. Принят монолитный ж.б. ленточный фундамент с подошвой 500х1500 мм. и стеной 500х1800 мм. Ваше мнение? как армировать?

Ничего себе геология, прямо кошмарный сон пьяного геолога
Я бы плиту проектировал. И если вода на 2.5, то цокольный этаж. Не знаю.

Чегой-то я туплю, видимо понедельник. Что здесь высота и что толщина. Буковку h добавьте.
Понятно что вопрос был по ленте, но я бы все-таки посоветовал плиту помощнее, с системой отверстий (для возможности инъецирования раствора в случае карста). Тем более там у Вас цокольный этаж. Завтра на работе посмотрю, была у меня где-то такая плита (если конечно нужно).

Если у Вас цокольный этаж - фундаментная плита + монолитные ж/б стены (цоколь) наружные + монолитные ж/б стены внутренние несущие (цоколь) + монолитное ж/б перекрытие цокольного этажа. Касательно фунд. плиты, преимущество по стоимости и возможность выполнения гидроизоляции совместно со стенами наружными. Естественно все необходимо просчитать - тупое принятие решения будет огромной ошибкой. В расчете вы определите величины осадок, просадок, возможного крена и найдете "золотую средину". А где это территориально?

Согласен с предыдущими постами. Лучше делать плиту - спать спокойне, но правда и достаточно "тупое" решение.
А где конкретно карстовые полости?Где залегают? есть разрез?скважины? То что вы привели из геологии - это больше тянет не на заключение, а на вступительную часть. Изыскания геологические тоже недешево стоят, и, кроме того, одной скважиной вы не обойдетесь.
Как армировать? Много и толсто)))Попробуйте принять расчетную схему как балку на 2х опорах, а сверху домик нагрузите)))Бред конечно, но реальное значение момента все равно не узнать без характеристик гунтов. А вдруг накренится фундамент? двери не закроются)))
Так может лучше все-таки отказаться от цокольного этажа и сделать плиту?

заказчика успели напугать, что плита это лишний миллион))) ИГЭ тож делать не хотят. Если не делать цоколь тогда зачем нужна плита?. Заключение конечно - жуть. Но оно оценивает только вероятность и в целом по сути приблизительно. Хотя в этом котэджном посёлке имеются домики с несовсем "волосяными" трещинками. Но также есть и нормальные. и про фундаментную они не слыхивали и в помине, и стены не облегчали пенобетоном каким-нибудь. Щебень пропитанный битумом до полного насыщения может выступить в качестве гидроизоляции пола цокольного этажа и подошвы ф-та? Толщина подошвы 500, ширина 1500. на ней стена толщиной 500 и высотой 1800. Понятно, что на армирование меньше ф12 брать никто не будет. Только вот КАК армировать это чудо? как обыкновенную подошву и подпорную стену? Или всётаки с "душой"?))) Перекрыть монолитом врядли имеет смысл, т.к. от верхнего обреза ф-та до перекрытия около 0,8 метра идёт кладка из керам. кирпича. Т.е. жёской коробки не получается. Какие ещё противокарстовые мероприятия можно посоветовать кроме монол. поясов в кладке? Если суглинок -пучинистый грунт, то нужно ли устраивать песчаную подготовку под подошву, или достаточно щебня втрамбованного в грунт? имеет ли смысл делать добавки в бетон(типа Пенетрон), для повышения водонепроницаемости? Или дешевле поверхостная гидроизоляция стен цоколя?

В качестве основных противокарстовых ме*роприятий при проектировании зданий и соору*жений следует предусматривать:
1.устройство оснований зданий и сооружений ни*же зоны опасных карстовых проявлений;
2.заполнение карстовых полостей;
3.искусственное ускорение формирования карсто*вых проявлений;
4.создание искусственного водоупора и противофильтрационных завес;
5.закрепление и уплотнение грунтов;
6.водопонижение и регулирование режима под*земных вод;
7.организацию поверхностного стока;
8.применение конструкций зданий и сооружений и их фундаментов, рассчитанных на сохранение це*лостности и устойчивости при возможных дефор*мациях основания.

Это выдержка из снип, если кто не понял)))
больше способов придумать сложновато))
В книжках пишут, что при угв на полметра выше пола подвала, следует делать рулонную гидроизоляцию. Собственно, делайте подготовку, клейте на нее рулоны, отливайте фундамент, за фундаментом оставляете выпуск, потом наклеиваете его на стенку подвала. При правильном монтаже в подвале будет сухо.

ээ.. вы не так поняли или я криво рассказал)))делаете фундаментную плиту в уровне пола подвала. по краям плиты делаете выравнивающий пояс шириной 580 мм. на него кладете кирпичи. Проверьте кладку на горизонтальное давление грунта

Первый раз слышу такое. молодой ещё наверно)))) Ну может быть, может быть. только кирпич пойдёт красный(тож не дешёвый) и чтоб его гидроизолировать каменщики умрут делать чистовую кладку. Так и не ответили на мой вопрос, каким же образом класть подушку на суглинок. Через песчаную подушку? И моё предложение о гидроизоляции подовы(фундаментной плиты) ф-та щебнем пропитанным битумом - это бред? Надёжней рулонами по бетонной подготовке? А что за дырки для закачки бетона? поподробней если можно. Ну то, что в карстовые полости закачивают цемент это я знаю, но про отверстия в фундаментной плите тоже 1-й раз слышу. Интересно какими пробочками их надо затыкать и как узнать потом, что в них надо цемент закачивать?

спасибо за комплимент)))про молодого))
да черт с ней с кладкой,смотрите типовые решения на стены подвала, здесь важно чтобы плита была фундаментная. А про полости - это в посте 2, для меня тоже апервые. Автор придет расскажет)).я так полагаю что они нужны для закачки раствора когда если покосится((
А про изоляцию, конечно рулонная надежней чем проливка битумом. Не исключается же движения камешков от нагрузки, и соответственно целостность гидроизоляции. Кроме того вам еще нужно привезти печь и вонять будете битумом на всю округу. Да и вобще не видел, чтобы такое часто применялось, во всяком случае, у нас в питере.

Изоляция на щебне не прокатит - это точно. А что касается плиты - прикиньте в скаде или лире, мы же не знаем нагрузок.
А по поводу миллиона, которым напугали заказчика, приведите его к соседнему домику где "далеко не волосяные трещины" и скажите, что без плиты Вы не можете гарантировать что не получится также или еще хуже (можно фоток из кунтскамеры надергать) и пусть он репу чешет.

Прямо на суглинок плиту лучше не класть, 500 - песок желательно.

Я бы не рискнул делать такой домик без нормальной геологии. Или вы там свою подпись ставить не будете? Что касается гидроизоляции - при таких условиях что проливка, что оклейка - фигня. Не правильно сделают - потечет. Трещины будут - прорвет. Делайте мембранную гидроизоляцию. Она хотя бы эластичная. Но на геологии все равно настаивайте. Может у вас под домом как раз дыра прогрессирующая.

Прямо на суглинок плиту лучше не класть, 500 - песок желательно.

Нагрузка по моим подсчётам около 17 т. на м/пог. стены подвала. Где-то 850 т. на всю плиту общая нагрузка. Вскаде без геологии разве можно подсчитать? Достаточно ли будет ф.п. толщ. 400 с верхним и нижним армированием сетками ф18 А500 СП ,шаг 250х250 по всей площади? Я посчитал по расходу бетона, в сравнение со старым варантом, будерт ненамного больше На песок толщиной 500 мм. как же так. этож получается насыпной грунт. - трамбовать послойно трамбовками?

Щебень пропитанный битумом до полного насыщения может выступить в качестве гидроизоляции пола цокольного этажа и подошвы ф-та? Толщина подошвы 500, ширина 1500. на ней стена толщиной 500 и высотой 1800. Понятно, что на армирование меньше ф12 брать никто не будет. Только вот КАК армировать это чудо? как обыкновенную подошву и подпорную стену? Или всётаки с "душой"?))) Перекрыть монолитом врядли имеет смысл, т.к. от верхнего обреза ф-та до перекрытия около 0,8 метра идёт кладка из керам. кирпича. Т.е. жёской коробки не получается. Какие ещё противокарстовые мероприятия можно посоветовать кроме монол. поясов в кладке? Если суглинок -пучинистый грунт, то нужно ли устраивать песчаную подготовку под подошву, или достаточно щебня втрамбованного в грунт? имеет ли смысл делать добавки в бетон(типа Пенетрон), для повышения водонепроницаемости? Или дешевле поверхостная гидроизоляция стен цоколя?

Так и не ответили на мой вопрос, каким же образом класть подушку на суглинок. Через песчаную подушку? И моё предложение о гидроизоляции подовы(фундаментной плиты) ф-та щебнем пропитанным битумом - это бред? Надёжней рулонами по бетонной подготовке? А что за дырки для закачки бетона? поподробней если можно. Ну то, что в карстовые полости закачивают цемент это я знаю, но про отверстия в фундаментной плите тоже 1-й раз слышу. Интересно какими пробочками их надо затыкать и как узнать потом, что в них надо цемент закачивать?

Как-то много вопросов, Вы не находите?
Вы в этой цепочке между Заказчиком и Форумом ДВГ, я извиняюсь, кто.

Решать, конечно, Вам но я бы немного ответственней относился к таким "специфическим" вопросам, как решение фундаментов в условиях карста. Исходные данные, ясное дело, понятны: главная задача - угодить Заказчику, экспертизы проходить не надо. Понимаю, что соблазн велик.

Ну раз расчет не обязателен, то мой вариант:
500 мм, d20 А500СП; 200х200.

ЗЫ: Про отверстия, "пробочки" и некоторые другие хитрости см. вложенный файл.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ
ФУНДАМЕНТОВ НА ЗАКАРСТОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЯХ

В рекомендациях изложены предложения по конструктивным решениям фундаментов на закарстованных территориях, методики определения расчетных размеров карстовых провалов и воронок и вычисления переменного коэффициента жесткости закарстованного основания, даны указания по статическим расчетам на ЭВМ фундаментных плит и перекрестных лент, а также по оценке устойчивости фундаментных плит высоких сооружений при образовании карстовых воронок, приведены примеры расчета.

В приложениях к Рекомендациям даны классификация карстопроявлений для целей проектирования и противокарстовых конструктивных мероприятий.

Рекомендации разработаны в лабораториях механики грунтов (рук. лаборатории, доктор техн. наук, профессор К.Е.Егоров) и Естественных оснований и конструкций фундаментов (рук. лаборатории, доктор техн. наук, профессор Е.А.Сорочан).

Рекомендации составили: разделы 1 и 2 - канд. техн. наук Т.А.Маликова, инж. Г.М.Троицкий (НИИ оснований и подземных сооружений), канд. техн. наук В.В.Толмачев (ПНИИИС); раздел 3 - инж. Г.М.Троицкий (НИИ оснований и подземных сооружений); раздел 4 - канд. техн. наук В.В.Толмачев (ПНИИИС), инж. Г.М.Троицкий (НИИ оснований и подземных сооружений); раздел 5 - канд. техн. наук Т.А.Маликова (НИИ оснований и подземных сооружений); раздел 6 - канд. техн. наук Т.А.Маликова (НИИ оснований и подземных сооружений) и канд. техн. наук А.С.Сытник (ЧПИ); раздел 7 - канд. техн. наук В.И.Обозов (ЦНИИСК); прил.1 - канд. геол.-минерал. наук В.П.Хоменко и канд. техн. наук В.В.Толмачев (ПНИИИС); прил.2 - инж. Г.М.Троицкий (НИИ оснований и подземных сооружений) и канд. техн. наук В.В.Толмачев (ПНИИИС).

Рекомендации одобрены секцией "Механика грунтов" НТС института.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Рекомендации распространяются на проектирование фундаментов зданий и сооружений, возводимых на закарстованном основании.

1.2. По настоящим рекомендациям рассчитываются фундаментные плиты и перекрестные ленты, лежащие на естественном закарстованном основании, а также на основании с заполненными пустотами.

1.3. Карстопроявления делятся на поверхностные деформации земной поверхности и подземные, тесно связанные между собой.

1.4. Механизм карстовых деформаций определяется инженерно-геологической и прежде всего гидрогеологической обстановкой, при оценке которой необходимо учитывать техногенное воздействие на карстовый процесс проектируемых и эксплуатируемых объектов.

1.5. Классификация карстопроявлений для целей проектирования противокарстовой защиты приведена в прил.1.

1.6. Виды карстовых деформаций в значительной мере определяют выбор рациональных статических и конструктивных схем зданий и сооружений, их оптимальные габариты, виды и объемы противокарстовых мероприятий, классификация которых дана в прил.2.

1.7. Основными и наиболее распространенными поверхностными карстовыми деформациями являются провалы и оседания. Карстовые просадки и проседания считаются промежуточными и встречаются значительно реже.

1.8. Основную опасность для большинства зданий и сооружений представляют провалы, защита от которых требует применения специальных методов проектирования и расчета.

1.9. Влияние проседаний на здания и сооружения во многом одинаково с воздействием провалов при сравнительно большой глубине проседаний (большей 0,25 м) или карстовых просадок при малой глубине проседаний (меньшей 0,25 м).

1.10. Карстопроявления могут изменяться в период эксплуатации зданий и сооружений.

1.11. Конструктивная защита зданий и сооружений может выполняться по жесткой, гибкой или промежуточной схеме в зависимости от характера сооружения и степени карстовой опасности.

1.12. Конструктивную защиту зданий следует сосредотачивать в фундаментной части. Увеличение или уменьшение жесткости верхней части здания рекомендуется выполнять в случаях, когда обычные решения не позволяют обеспечить безаварийную и безопасную эксплуатацию сооружения.

1.13. Строительство зданий и сооружений на отдельно стоящих столбчатых фундаментах не допускается.

1.14. Фундаментные конструкции должны выполняться из монолитного железобетона.

1.15. Конструктивные решения монолитных фундаментов неглубокого заложения могут быть в виде плоских или ребристых фундаментных плит, коробчатых и перекрестно-ленточных фундаментов. Допускается также устройство сборных ленточных фундаментов с монолитным противокарстовым поясом.

1.16. Для обеспечения необходимой жесткости и прочности фундаментов в краевых участках зданий и сооружений рекомендуется предусматривать консольные удлинения лент и уширения плит за пределы плана сооружения. Ленточные консоли по своим концам могут объединяться поперечной балкой, образуя в плане конструкции II- и III-образного очертания.

1.17. Длину балочных консолей нужно принимать не менее 0,7 прогнозируемого расчетного пролета фундамента (см. раздел 5). Плитную консоль рекомендуется удлинять на 0,4 расчетного пролета фундамента при условии, что ширина плиты не менее 1,5.

1.18. Применение висячих свай в качестве противокарстового решения не допускается. Короткие сваи могут применяться в исключительных случаях, когда это вызвано наличием значительной толщи слабых грунтов в верхних слоях основания.

Головы висячих свай нужно объединять общим ростверком. Узел соединения свай с ростверком должен предусматривать возможность их выскальзывания из ростверка с тем, чтобы исключить дополнительное нагружение зависающими сваями, находящимися на участке образовавшегося провала под фундаментом.

1.19. При неглубоком залегании карстующихся пород следует возводить здания и сооружения на глубоких опорах или сваях с обязательной прорезкой зоны активного карстования (зоны карстовых полостей) и заглублением в ненарушенные породы, определяемым по несущей способности пород, но не менее чем на 1 м. При расчете глубоких опор или свай по прочности необходимо учитывать возможность зависания обрушающихся пород в надкарстовой (покрывающей) толще.

1.20. В сооружениях значительной протяженности следует выполнять минимально необходимое количество швов в фундаментах. Разрезка здания вертикальными швами на независимо деформирующиеся отсеки также не рекомендуется.

1.21. При строительстве зданий на закарстованных территориях нужно применять специальные конструкции фундаментов, препятствующие превращению карстовых провалов в карстопровальные воронки.

1.22. При выборе площадок для строительства зданий и сооружений, а также вариантов противокарстовой защиты можно пользоваться категориями устойчивости закарстованных территорий, приведенными в табл.1 [1] либо в рекомендациях [2], с обязательным учетом прогнозируемых размеров поверхностных карстопроявлений.

1.23. При проектировании зданий и сооружений на территориях, где возможны оседания, целесообразно применять методику расчета зданий и сооружений на подрабатываемых территориях с учетом специфики карстовых деформаций, связанных с их механизмом и продолжительностью.

1.24. Конструктивную защиту зданий и сооружений от карстовых просадок рекомендуется проводить с использованием методики проектирования зданий и сооружений в условиях просадочных грунтов или подрабатываемых территорий (на воздействие типа "уступ") в зависимости от соотношения размеров в плане защищаемого объекта и размеров просадок.

2. ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

2.1. Размер карстового провала в плане (расчетный диаметр) является основным исходным параметром для проектирования противокарстовой конструктивной защиты.

2.2. Способы определения расчетного диаметра карстового провала зависят от полноты исходной информации о наличии и параметрах подземных карстовых форм в основании сооружений, физико-механических характеристиках грунтов по всему геологическому разрезу и других данных, определенных с учетом возможного изменения сведений за расчетный срок службы сооружения.

2.3. Под основанием в карстовых районах следует понимать зону грунтов и горных пород, глубина которой не менее глубины сжимаемой толщи и глубины возможного расположения подземных карстовых форм (прежде всего полостей), могущих проявиться на земной поверхности.

2.4. Положение и размеры возможных провалов при наличии необходимых исходных данных оцениваются расчетными методами, основывающимися на детерминистических моделях, с использованием в случае необходимости методов моделирования.

2.5. При недостаточности некоторых исходных данных расчетно-детерминистические методы могут быть применены для определения среднего и максимально возможного диаметра провала.

2.6. При недостаточности обязательных для расчета исходных данных рекомендуется принимать вероятностно-статистические методы прогноза размеров карстового провала.

2.7. Образование карстово-провальных форм на земной поверхности, а также под фундаментом здания или сооружения происходит в две фазы. На первой фазе мгновенно образуется провал с вертикальными или нависающими бортами. Развитие второй фазы происходит несколько медленнее и сопровождается обрушением неустойчивых бортов, которые принимают устойчивое наклонное положение (в сыпучих грунтах наклон бортов близок к углу естественного откоса), таким образом, первичный провал с крутыми бортами принимает форму конусообразной воронки. При небольшой глубине провала воронка приобретает форму перевернутого конуса с усеченной вершиной.

2.8. Расчет фундамента с учетом образования воронки в основании производится на основное сочетание нагрузок. При этом действующие нагрузки считаются длительными. Нагрузка от ветра не учитывается.

2.9. При расчете фундаментных плит и перекрестных лент на закарстованном основании допускается принимать модель основания в виде линейно-деформируемого слоя с воронкой у поверхности, имеющей форму шарового сегмента, с зоной разрыхленного грунта под воронкой.

2.10. Для упрощения расчета фундаментов, а также для учета неоднородности основания в плане модель линейно-деформируемого слоя заменяют эквивалентной по осадкам контактной моделью переменного коэффициента жесткости, определяемого по указаниям раздела 5.

2.11. За расчетные положения воронок под фундаментами принимаются места пересечения стен либо расположения колонн, находящиеся под центральной частью, углом, серединой большей и меньшей сторон здания.

Характеристика устойчивости закарстованных территорий для промышленного и гражданского строительства

Рекомендации одобрены секцией "Механика грунтов" НТС института.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.5. Классификация карстопроявлений для целей проектирования противокарстовой защиты приведена в прил.1.

1.10. Карстопроявления могут изменяться в период эксплуатации зданий и сооружений.

1.13. Строительство зданий и сооружений на отдельно стоящих столбчатых фундаментах не допускается.

1.14. Фундаментные конструкции должны выполняться из монолитного железобетона.

2. ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Характеристика устойчивости закарстованных территорий для промышленного и гражданского строительства

К карстовым районам относятся территории, в геологическом разрезе которых присутствуют растворимые горные породы и возможны поверхностные и подземные проявления карста. Основные типы карста, выделяемые по литологическому признаку, следующие:

– карбонатный карст (известняковый, доломитовый, меловой) — распространен широко; в естественных условиях растворение пород происходит медленно; опасность представляют существующие до начала освоения территории развитые карстовые формы; активизация карстовых процессов возможна при увеличении скоростей фильтрации подземных вод, при повышении их агрессивности; меловой карст представляет опасность при сооружении объектов со значительными утечками воды и других агрессивных жидкостей;
– сульфатный карст (часто встречается в сочетании с карбонатным) — распространен достаточно широко; развивается быстрее, чем карбонатный;
– соляной карст (встречается преимущественно с сульфатным, реже с карбонатным) — в благоприятных гидрогеологических условиях развитие ограничено и в основном приурочено к кровле и краевым участкам залежей; строительство рекомендуется выносить за пределы опасных участков, при этом следует учитывать возможность активизации карстования, вследствие нарушения гидрогеологического баланса на участке.

Основные типы карстовых деформаций земной поверхности:

– провалы (возникают обычно внезапно) — представляют главную опасность для сооружений в карстовых районах; в основном вызываются обрушением кровли карстовых полостей в результате гравитационного обвала или карстово-суффозионного разрушения внутренних поверхностей карстовых полостей; контур провалов имеет резкое очертание в плане с разрывом сплошности грунтов на земной поверхности и по глубине; в зависимости от свойств покровных слоев грунтов борта провалов могут иметь различную крутизну; свежие провалы в глинистых грунтах могут иметь вертикальные и даже нависающие стенки, имеющие тенденцию к обрушению, а следовательно, и к увеличению периметра провала по земной поверхности.
– оседание земной поверхности (локального характера или по площади различного размера) — обычно вызывается растворением пород в трещиноватых зонах или на контакте кровли карстующихся пород с другими породами, обладающими фильтрационными свойствами; отсутствует резкое очертание зон оседания, в плане; отсутствуют явные разрывы сплошности земной поверхности по контуру зон оседания.

ТАБЛИЦА 12.10. КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОТИВОКАРСТОВЫХ МЕРОПРИЯТИИ

Тип мероприятия	Группа мероприятия	Подгруппа мероприятия	Вид мероприятия	Период применения
Влияние на естественный ход карстового процесса	Уменьшение интенсивности растворения	Воздействие на карстующиеся породы	Противофильтрационные завесы, горизонтальные и вертикальные	А, В
		Воздействие на покрывающую толщу пород	Организация стока поверхностных вод	А, В
		Воздействие на покрывающую толщу пород	Гидроизоляционное покрытие территории (участка)	Б, В
	Воздействие на механизм карстовых деформаций	Воздействие на карстующиеся породы	Уплотнение зоны карстового проявления с заполнением воронки обрушения	А, В
			Заполнение полостей тампонажными растворами	А, В
			Закрепление трещиноватых и разрушенных зон тампонажными растворами	А, В
		Воздействие на покрывающую толщу пород	Инжектирование воды с целью искусственной активизации карстования	А
			Применение армированного грунта	А
			Закрепление основания корневидными буронабивными сваями	Б, В
			Закрепление грунта, заполняющего погребенные карстовые формы в покрывающей толще пород	А, В
			Вертикальная планировка участка, обеспечивающая отвод поверхностных вод от сооружения	А, Б, В
Защита зданий и сооружений без воздействия на естественный ход карстового процесса	Планировочное решение на территории	Рациональное размещение объектов строительства	Расположение объектов за пределами участков обрушения полостей и поверхностных карстовых форм	Б
			Расположение объектов на менее опасных участках	Б
			Ориентация сооружений в зависимости от параметров карстовых форм	Б
			Регулирование плотности застройки	Б
		Выбор рациональной формы здания	Рациональная компоновка объектов в плане	Б
		Выбор рациональной формы здания	Изменение высоты (этажности) сооружения	Б, В
	Конструктивные мероприятия	Учет статических схем несущих конструкций сооружения	Выбор рациональной конструктивной схемы сооружения	Б
			Изменение статической схемы сооружения	В
			Сокращение числа температурных и деформационных швов (при карстовых провалах, воронках) до минимума	Б, В
			Разрезка на укороченные отсеки (при мульде оседания)	Б, В
		Использование жесткой конструктивной схемы сооружения (усиление)	Введение дополнительных связей в каркасные конструкции	Б, В
			Горизонтальное армирование (пояса, тяжи)	Б, В
			Усиление несущих элементов конструкций армированными обоймами, рубашками	Б, В
		Использование податливой конструктивной схемы сооружения	Устройство дополнительных шарнирных связей в каркасных конструкциях	Б, В
		Использование податливой конструктивной схемы сооружения	Устройство податливых соединений крупнопанельных, крупноразмерных элементов сооружения	Б
Защита зданий и сооружений без воздействия на естественный ход карстового процесса	Конструктивные мероприятия	Конструктивное решение фундаментов	Монолитное или сборно-монолитноерешение железобетонных фундаментов (ленты, перекрестный ленты, коробчатые фундаменты, плиты )	Б
			Увеличение площади опирания фундамента с целью уменьшения контактного давления на основание	Б, В
			Развитие фундаментов за пределы периметра сооружения (консольные, П-образные выступы)	Б
			Устройство фундамента, ограничивающее возможность превращения провала в воронку	Б
			Устройство горизонтальный связей в фундаментах	Б
			Устройство фундаментов с подпругами	Б, В
			Поддомкрачивание с целью выправления сооружения	Б, В
			Устройство кустов висячих свай с резервным их числом: выполнение ростверка, обеспечивающего выпадение свай при провале	Б
			Прорезка карстующихся пород сваями-стойками	Б
			Прорезка толщи карстующихся пород глубокими опорами	Б
	Контроль за процессом развития карста	Выполнение в массиве пород	Использование глубинных грунтовых марок в покровной толще пород	А, Б, В
		Выполнение в массиве пород	Организация сети наблюдательных гидрогеологических скважин (за уровнем, скоростью и направлением движения подземных вод; за химическим составом подземных вод)	А, Б, В
		Выполнение на дневной поверхности	Инструментальный контроль за оседаниями земной поверхности	А, Б, В
			Наблюдение за деформациями конструктивных элементов сооружений	Б, В
			Визуальное наблюдение за состоянием несущих и ненесущих конструкций	Б, В
			Использование маяков, устанавливаемых на трещинах в конструкциях	В
Уменьшение влияния хозяйственной деятельности на развитие карстового процесса	Снижение интенсивности растворения карстующихся пород	Уменьшение водообмена	Устройство закрытой дождевой и промышленной канализации	Б, В
			Предотвращение утечек агрессивных производственных стоков	Б, В
			Ограничение откачек трещиннокарстовых вод	В
		Снижение агрессивности подземных вод	Исключение сброса химически агрессивных по отношению к карстующимся породам производственных и бытовых сточных вод	В
	Воздействие на механизм карстового процесса	Ограничение изменений напоров и уровней подземных вод	Ограничение и регулирование добычи полезных ископаемых подземным растворением пород	В
		Ограничение изменений напоров и уровней подземных вод	Регулирование откачек подземных вод	Б, В
		Ограничение динамического воздействия	Ограничение источников вибрации	Б, В
		Ограничение динамического воздействия	Ограничение взрывных работ	Б, В

Условные обозначения: А — мероприятия, применяемые до начала строительства объектов; Б — то же, в период строительства объектов на площадке: В — то же, в период эксплуатации объектов как в качестве профилактических (контроль, наблюдения) мер, так и в качестве мер по усилению и восстановлению конструкций.

Кроме провалов и оседаний земной поверхности в карстовых районах необходимо учитывать поверхностные и погребенные карстовые формы (воронки, впадины и т.д.) древнего происхождения, нередко заполненные отложениями с пониженной несущей способностью (торф, слабые грунты и т.п.).

В зависимости от залегания карстующихся пород выделяют:

– по отношению к уровню подземных вод — карстующиеся породы, залегающие в зоне аэрации, в зоне постоянного водонасыщения, в зоне аэрации и постоянного водонасыщения;
– по отношению к земной поверхности — открытый карст (карстующиеся породы не перекрываются слоями нерастворимых пород); покрытый карст (карстующиеся породы перекрываются слоями нерастворимых пород), в последнем случае учитываются глубина залегания карстующихся пород и свойства перекрывающих пород для оценки степени карстоопасности застраиваемой территории и надежности проектируемых карстозащитных мероприятий.

При проектировании сооружений в карстовых районах необходимо выполнять следующие требования: предотвращать или сводить до минимума возможность катастрофических разрушений и обеспечивать достаточную безопасность для жизни людей; снижать до минимума стоимость строительства и эксплуатации с учетом возможного ущерба от карстовых явлений и расходов на специальные изыскания, противокарстовые мероприятия и ремонтно-восстановительные работы.

Требования, предъявляемые к строительству в закарстованных районах, могут быть обеспечены следующим: влиянием на естественный ход карстования путем снижения интенсивности растворения карстующихся пород или воздействия на механизм карстовых деформаций; уменьшением вредного влияния хозяйственной деятельности на ход развития карстования; защитой строительных объектов планировочным решением на территории, конструктивными мероприятиями, контролем за процессом развития карстования и за деформациями поверхности участка и возведенных сооружений. Классификация противокарстовых мероприятий приведена в табл. 12.10.

В качестве исходных данных для проектирования сооружений на закарстованной территории принимаются:

– данные районирования по типу поверхностных форм (провалы, оседания) и категории карстоопасности территории на основе среднегодового количества карстовых проявлений, отнесенных к 1 км 2 площади рассматриваемой территории (табл. 12.11);
– величины ожидаемых карстопроявлений на земной поверхности в период эксплуатации объекта (размеры провальных воронок и зон оседаний в плане и по глубине);
– физико-механические характеристики грунтов естественного сложения, служащих основанием для строящихся объектов, и прогнозируемое их изменение в результате проявления карстовых форм на земной поверхности.

ТАБЛИЦА 12.11. РЕКОМЕНДУЕМЫЙ ХАРАКТЕР ЗАСТРОЙКИ

Категория устойчивости территории	Среднегодовое количество карстовых проявлений на 1 км 2 поверхности территории	Характер строительства
Категория устойчивости территории		жилищно-гражданского	промышленного
I — очень неустойчивая	1,0 и более	Капитальное строительство не рекомендуется	Строительство не рекомендуется
II — неустойчивая	От 0,10 до 1,0	То же	Допускается строительство неответственных зданий и сооружений с применением противокарстовых мероприятий. Строительство ответственных и особо ответственных сооружений не рекомендуется
III — недостаточно устойчивая	От 0,05 до 0,10	Строительство допускается в исключительных случаях с применением противокарстовых мероприятий при наличии специального обоснования	Допускается строительство ответственных сооружений с применением противокарстовых мероприятий при наличии специального обоснования и неответственных сооружений с применением противокарстовых мероприятий
IV — несколько понижено устойчивая	От 0,10 до 0,05	Допускается строительство с применением противокарстовых мероприятий	Допускается строительство особо ответственных сооружений с применением противокарстовых мероприятий при наличии специального обоснования, ответственных сооружений с применением противокарстовых мероприятий и неответственных сооружений с ограниченным применением противокарстовых мероприятий
V — относительно устойчивая	Менее 0,05	Допускается любое строительство с применением минимального комплекса противокарстовых мероприятий	Допускается строительство особо ответственных сооружений с применением противокарстовых мероприятий, а также ответственных и неответственных сооружений без применения противокарстовых мероприятий

Данные районирования по территории карстоопасности, типы и размеры поверхностных карстовых форм, свойства грунтов основании, а также карстующихся и покровных пород определяются на основании инженерно-геологических изысканий анализа наблюдений за карстопроявлениями в аналогичных инженерно-геологических условиях.

В качестве примеров на рис. 12.18 и 12.19 приведены конструкции фундаментов на закарстованных территориях.

1 — ленточный фундамент; 2 — армированные стойки; 3 — армированная горизонтальная рама на уровне перекрытия первого этажа

Читайте также: