Суффозия грунта в основании фундамента
Обновлено: 01.05.2024
Обычно в основании располагается несколько типов грунтов. В таком случае, кроме оценки свойств каждого грунта, возникает не менее важная задача – схематизация геологического строения основания, т.е. выделение границ между ними. Инженерно-геологические элементы формируют в массиве грунтов геологические тела (рис.).
Слоем называют внутренне однородное геологическое тело, ограниченное в пределах рассматриваемой области двумя непересекающимися поверхностями: подошвой и кровлей. Расстояние между подошвой и кровлей называют мощностью слоя. Линзой называют внутренне однородное геологическое тело, ограниченное в пределах рассматриваемой области замкнутой поверхностью. Если геологическое тело входит с одной стороны в геологический разрез и заканчивается в нем, то это называют выклиниванием слоя. Очень тонкое геологическое тело, ограниченное двумя непересекающимися поверхностями, называется прослоем. Жилой называют внутренне однородное геологическое тело, протяженное и пересекающее слои. Зоной называют область перехода от грунтов с одними свойствами к грунтам с другими свойствами.
При определении строения грунтовой толщи необходимо помнить, что строение грунтовой толщи определяется интерполяцией данных, полученных по отдельным вертикалям (скважины, данные геологической разведки), и от количества вертикалей, а также и расстояний между ними будет зависеть достоверность полученных данных.
Структурно-неустойчивые грунты это грунты, обладающие в природном состоянии структурными связями, которые при определенных воздействиях снижают свою прочность или полностью разрушаются. Эти воздействия могут заключаться в существенном изменении температуры, влажности, приложении динамических усилий.
К структурно-неустойчивым грунтам относят грунты: лессовые, структура которых нарушается при замачивании под нагрузкой; мерзлые и вечномерзлые, структура которых нарушается при оттаивании; рыхлые пески, резко уплотняющиеся при динамических воздействиях; илы и чувствительные глины, деформационные и прочностные свойства которых резко изменяются при нарушении их природной структуры. Также к особым грунтам относят: набухающие грунты, которые при увлажнении способны существенно увеличиваться в объеме даже под нагрузкой; торфы и заторфованные грунты, обладающие очень большой сжимаемостью и малой прочностью; скальные и полускальные грунты, обладающие, как правило, высокой прочностью и малой деформативностью.
Неучет специфических свойств этих грунтов может привести к нарушению устойчивости зданий и сооружений, к чрезмерным их деформациям.
Структурно-неустойчивые грунты часто относят к региональным типам грунтов потому, что эти грунты часто группируются в пределах определенных географо-климатических зон, в определенных регионам страны, т.е. преобладают в одних регионах и практически могут отсутствовать в других.
Особенности деформирования грунтов по-разному проявляются у различных видов грунтов и существенно зависят от состояния грунта и интенсивности действующих нагрузок.
Монолитные скальные грунты при нагрузках, возникающих в результате строительства промышленных и гражданских сооружений, обычно могут рассматриваться как практически недеформируемые тела. Однако трещиноватая скала и разборный скальный грунт обладают некоторой деформируемостью. Разрушенные структурные связи в скальных грунтах со временем не восстанавливаются.
Объемные деформации крупнообломочных и однородных по гранулометрическому составу песчаных грунтов обусловливаются упругим сжатием частиц, а по мере увеличения нагрузки – пластическим разрушением контактов между ними. В неоднородных песках будут развиваться значительные деформации уплотнения. В водонасыщенных песчаных грунтах это сопровождается отжатием воды из пор. Сдвиговые деформации в крупнообломочных и песчаных грунтах происходят за счет взаимного перемещения частиц с учетом разрушения контактов.
Наиболее сложно развивается процесс деформирования в глинистых грунтах. Объемные деформации в них связаны с более плотной переупаковкой частиц, окруженных пленками связанной воды, с уменьшением объема пор, с отжатием поровой воды и упругим сжатием защемленных пузырьков воздуха.
Интенсивность проявления деформаций в глинистых грунтах в большой мере зависит от характера структурных связей и величины действующих нагрузок. При нагрузках, не превышающих структурной прочности, глинистые грунты могут проявлять упругие свойства. Дальнейшее увеличение нагрузки вызывает постепенное разрушение структурных связей и интенсивное уплотнение грунта. Разрушенные водно-коллоидные связи со временем восстанавливаются, и после уплотнения глинистого грунта наблюдается его упрочнение.
1) Лёссовые грунты относят к категории макропористых грунтов, поры которых зачастую видны невооруженным глазом (размер пор значительно превышает размер частиц грунта).
Лёссовые грунты по составу, структурно-текстурным признакам, механическим свойствам существенно отличаются от других горных пород. Твердые частицы лёссовых грунтов на 80…90% состоят из кварца, полевого шпата и растворимых минералов. По крупности до 60%, иногда даже до 90% твердых частиц относится к пылеватым, остальные - к глинистым, лишь малая часть – к песчаным фракциям. По гранулометрическому составу и числу пластичности лёссовые грунты относятся к пылеватым супесям и суглинкам. Влажность лёссовых грунтов в естественном состоянии обычно не превышает 0,08…0,16, степень влажность менее 0,5, пористость – 0,4…0,5.
При природной влажности лёссовые грунты за счет цементационных связей обладают заметной прочностью и способны держать вертикальные откосы высотой более 10 м.
Увлажнение лёссов приводит к размягчению, частичному растворению цементационных связей, а также снижение прочности водно-коллоидных связей между частицами и разрушению его макропористой текстуры. Это сопровождается резкой потерей прочности грунта, значительными и быстро развивающимися деформациями уплотнения – просадками. Поэтому лёссовые грунты называют просадочными.
Грунт называют просадочным если, под действием внешней нагрузки и собственного веса или только от собственного веса, замачивании водой или другой жидкостью претерпевает вертикальную деформацию (просадку).
2) Мерзлыми называют грунты всех видов с отрицательной температурой, часть поровой воды в которых находится в замерзшем состоянии в виде кристалликов льда. Грунты называют вечномерзлыми, если в условиях залегания они находятся в мерзлом состоянии непрерывно (без оттаивания) в течение многих (трех и более) лет.
Мерзлые и вечномерзлые грунты из-за наличия в них льдоцементных связей при отрицательной температуре являются очень прочными и малодеформируемыми природными образованиями. Однако при повышении или понижении температуры (даже в области отрицательных температур) за счет оттаивания льда или замерзания части поровой воды их свойства могут изменяться.
При оттаивании порового льда структурные льдоцементные связи лавинно разрушаются и возникают значительные деформации. Многие виды вечномерзлых грунтов, особенно сильнольдистые пылевато-глинистые грунты, при этом могут переходить в разжиженное состояние. Важнейшей особенностью мерзлых грунтов является их просадочность при оттаивании – резкое уменьшение объема грунта при таянии льда и отжатии воды, что приводит к чрезмерным деформациям построенных на этих грунтах сооружений.
При строительстве на таких грунтах часто приходится учитывать морозное пучение – возможность увеличения объема при промерзании.
Грунт называют пучинистым если при переходе из талого в мерзлое состояние увеличивается в объеме вследствие образования кристаллов льда.
Пучению подвержены пылевато-глинистые грунты, а также пылеватые и мелкие пески. Пучение грунта развивается вследствие притока воды к фронту промерзания из нижерасположенных слоев вследствие разности сил притяжения.
Если при промерзании грунт испытывал пучение, то при его оттаивании неизбежна просадка. По этой причине многие вечномерзлые грунты при оттаивании резко уменьшаются в объеме. При оттаивании порового льда структурные льдоцементные связи лавинно разрушаются и возникают значительные деформации. Многие виды вечномерзлых грунтов, особенно сильнольдистые пылевато-глинистые грунты, при этом могут переходить в разжиженное состояние.
В мерзлых грунтах при наличии подземных вод могут образовываться поверхностные и грунтовые наледи (слои льда) и бугры пучения. Наледи и бугры пучения могут быть сезонными и многолетними. В результате неравномерного изменения объема грунта при промерзании и после промерзания может произойти растрескивание грунтов с образованием характерной системы трещин. При многократном пучении и оттаивании грунтов, расположенных на склонах, может происходить их медленное течение (сползание) по склону, называемое солифлюкцией.
3) Природная структура рыхлых песков легко нарушается при динамических воздействиях (вибрации или сотрясении). Уровень необходимого воздействия обычно измеряется ускорением и зависит от плотности сложения песка. Ускорение, при котором песок начинает уплотняться, называется критическим. При динамическом воздействии больше критического происходит уплотнение песка, проявляющееся с нарушением его природной структуры, т.е. просадка.
4) Некоторые пылевато-глинистые грунты, в частности илы, резко меняют свои прочностные и деформационные характеристики при нарушении их природной структуры даже без изменения влажности. Это свидетельствует о значительном влиянии структурных связей на механические свойства грунтов. Поэтому, при разработке котлованов и возведении фундаментов в таких грунтах применяют специальные мероприятия по сохранению природной структуры грунтов.
Многие пылевато-глинистые грунты могут менять свой объем с изменением влажности. Наиболее значительно меняется объем глин, содержащих большое количество частиц глинистого минерала. Набухаемость грунтов оценивают при помощи коэффициента набухания
где: hsat – высота образца грунта ненарушенной структуры под давлением, ожидаемым в основании сооружения, после замачивания; hn – то же, до замачивания.
Поступающая в набухающие грунты влага адсорбируется поверхностью глинистых частиц, образуя гидратные оболочки. При первоначальном относительно близком расположении частиц под действием гидратных оболочек они раздвигаются, вызывая увеличение объема грунта. Часть воды проникает внутрь кристаллов глинистых минералов, также приводя к увеличению объема грунта. При уменьшении влажности набухающих грунтов возникает их осадка, приводящая к объемным деформациям. Таким образом, набухающие грунты отличаются набуханием (увеличением объема) при увлажнении и усадкой (уменьшением объема) при высыхании.
Увлажнение может быть вызвано повышением уровня подземных вод, накоплением дополнительной влаги под сооружением из-за нарушения природных условий испарения воды из грунта. Уменьшение влажности грунта обычно связано с технологическими или климатическими факторами.
Увеличение влажности набухающих грунтов приводит к подъему расположенных в них фундаментов и развитию отрицательного (негативного) трения в случае свайных фундаментов. Усадка грунта после высыхания вызывает осадку сооружений. В ряде случаев представляет опасность также и горизонтальное давление набухания на подземные элементы конструкций.
5) Слабые водонасыщенные грунты
К слабым водонасыщенным грунтам относят илы, ленточные глины, водонасыщенные лёссовые грунты и некоторые другие виды глинистых грунтов характерными особенностями которых являются их высокая пористость в природном состоянии, насыщенность водой, малая прочность и большая деформируемость.
Илами называют водонасыщенные современные осадки водоемов (морские, лагунные, озерные, речные, болотные илы), образовавшиеся при наличии микробиологических процессов. Влажность илов превышает влажность на границе текучести ( ), коэффициент пористости . В илах преобладают глинистая и пылеватая фракция, может присутствовать мелкопесчаная фракция. Органические образования в илах составляют от 2 до 12% по массе. Различают: супесчаные илы , суглинистые илы и глинистые илы . Структура илов легко разрушается при статических нагрузках, превышающих структурную прочность, и особенно при воздействии динамических нагрузок. Однако со временем водно-коллоидные связи в илах восстанавливаются и уплотненный илистый грунт упрочняется.
Ленточные глины (ленточные отложения) – это толща грунтов, состоящая из близкого к горизонтали переслаивания тонких и тончайших (несколько сантиметров и даже менее сантиметра) прослоев песка, супеси, суглинка и глины. Суммарная мощность (толщина) ленточных отложений может достигать 10 м и более. В естественном состоянии ленточные отложения имеют высокую пористость. Коэффициент пористости обычно равен 0,7…0,8, иногда превышает единицу. Грунты обычно находятся в водонасыщенном состоянии. Естественная влажность обычно равна 0,3…0,5, но может достигать и 0,7…0,8, тогда как влажность на пределе текучести не превышает 0,6…0,65. Следовательно, ленточные отложения находятся в скрытопластичном или в скрытотекучем состоянии. Высокое значение пористости и большая влажность ленточных глин свидетельствуют об их малой прочности и сильной деформируемости под нагрузками.
6) Заторфованные грунты
Торфом называют органоминеральные отложения, не менее чем на 50% состоящие из остатков болотной растительности.
Песчаные, пылеватые и глинистые грунты, содержащие в своем составе от 10 до 50% по массе органических веществ, называют заторфованными грунтами.
Состояние и свойства торфа и заторфованных грунтов в большой мере зависят от степени разложения органических остатков, переходящих в гумус, и относительного содержания в них неорганических минералов. Плотность торфа обычно не превышает 1…1,2 г/см 3 . В природных условиях торф и заторфованные грунты, как правило, находятся в водонасыщенном состоянии. Торфы относятся к наиболее сжимаемым грунтам. Из-за большого содержания в торфах связанной воды осадки оснований, сложенных торфом или содержащих включения заторфованных грунтов, развиваются медленно. Несущая способность торфа и заторфованных грунтов крайне невелика. Поэтому напластования, содержащие заторфованные грунты, являются одним из наихудших типов оснований сооружений.
Заторфованные грунты это очень пористые и влажные грунты. Объем пор, заполненных водой в 4-12 и более раз больше объема твердого вещества, поэтому заторфованные грунты обладают очень большой сжимаемостью.
7) Засоленные грунты
К засоленным грунтам относятся крупнообломочные, песчаные и пылевато-глинистые грунты, содержащие определенное количество легко– и среднерастворимых солей.
Легкорастворимыми солями являются хлористые, сернокислые и карбонатные соли натрия, калия и магния, среднерастворимыми – сульфат кальция (гипс), ангидрит, кальцит.
Основная опасность строительства на засоленных грунтах связана с выносом солей фильтрующими водами (химическая суффозия), разрушением текстуры грунта и развитием вследствие этого неравномерных просадок.
Для северо-западных районов европейской части СССР, в частности для Карелии и Ленинградской области, характерно высокое положение уровня подземных вод. В весеннее и осеннее время обычно образуется верховодка, поэтому при производстве земляных работ и возведении фундаментов почти всегда приходится удалять воду из котлована или понижать ее уровень с помощью подземных водозаборов.
Бутовые фундаменты существующих зданий часто имеют крупные полости, поэтому в пылеватых песках и супесях они работают в качестве дрен, через которые проходит вода, как только начинается разработка вблизи них котлована [6].
Длительно продолжающаяся фильтрация воды через основание фундамента может сильно ослабить грунт, что особенно опасно при открытом водоотливе. Кроме того, при длительной фильтрации воды возможна и механическая суффозия грунта — вынос фильтрационным потоком мелких частиц из грунтового массива (рис. 1.6).
а — без ограждающего шпунта; б — при шпунте, не забитом до водоупора или недостаточно заглубленном ниже дна котлована; 1 — существующий фундамент; 2 — котлован возводимого здания; 3 — области возможного образования пустот; 4 — грифоны; 5 — насос; 6 — шпунт; h — глубина погружения шпунта ниже отметки дна котлована
Механическая суффозия характерна для рыхлых песчаных грунтов с неоднородным гранулометрическим составом. Если песок однороден, то суффозионный вынос не развивается, но чем больше неоднородность грунта, тем больше опасность возникновения суффозии. Механическая суффозия наблюдается также и в связных грунтах. Интенсивность развития суффозии зависит от градиент фильтрационного потока i , т.е. от понижения уровня подземных вод, которое становится опасным, если градиент напора i > 0,6.
Вынос мелких частиц грунта приводит к увеличению скорости фильтрации воды, при этом начавшийся процесс суффозии возрастает лавинно, развивается гидродинамическое давление воды на частицы грунта, в результате чего напряжения от собственного веса грунта существенно уменьшаются. Наиболее значительное, а следовательно, и наиболее опасное снижение этого напряжения происходит вблизи шпунта (см. рис. 1.6), вследствие чего существенно уменьшается устойчивость шпунта и основания фундамента, ведущая к его проседанию.
К значительным деформациям существующих зданий может привести даже кратковременное понижение уровня подземных вод, вызванное необходимостью проведения работ насухо. В этом случае нет взвешивающего влияния подземной воды (в песках мелких и пылеватых, в супесях). Удельный вес грунта в этом случае может повыситься примерно вдвое, и основание существующего здания подвергнется дополнительному уплотнению, сопровождающемуся неравномерной осадкой здания (рис. 1.7). Поскольку депрессионная поверхность подземных вод быстро выполаживается по мере удаления от колодца (иглофильтра), то участки основания, охваченные процессом самоуплотнения грунта, по глубине будут различны, даже в пределах ограниченной площади, занятой зданием, и поэтому здание нередко получает крен в сторону иглофильтров (рис. 1.7). Подобные явления могут наблюдаться и при водоотливе из котлованов и траншей, находящихся на значительном расстоянии (рис. 1.8) от зданий.
1 — здание; 2 — шпунт; 3 — иглофильтр; 4 — уровень подземных вод до водопонижения; 5 — то же, после водопонижения
Строительное глубинное водопонижение должно производиться в сжатые сроки. При этом обязателен контроль мутности откачиваемой воды. Появление замутненных вод — признак развития механической суффозии. В такой ситуации требуется принимать срочные меры: уточнять состав обсыпки фильтров, прекращать откачку и применять другие способы проходки строительных котлованов, например, использование фильтрационных завес в виде замкнутого шпунтового ограждения, конструкций типа «стена в грунте» и др.
Мерой защиты оснований от суффозии является снижение градиентов напора и сокращение продолжительности откачки, для чего следует уменьшить глубину разрабатываемого котлована. Если же изменение глубины котлована невозможно, необходимо применить шпунт, погруженный в подстилающий водоупор и образующий (в плане) замкнутый контур. Можно ограничиться и относительно коротким шпунтом, используя его для снижения градиента напора за счет увеличения пути фильтрационных потоков, направленных к строительному котловану. Длина шпунта в этом случае должна быть такой, чтобы градиент снизился до величины i < 0,6.
Развитие плывунных явлений, т.е. разжижение песка восходящими потоками воды, недопустимо. При разжижении песок будет поступать в котлован с участков, его окружающих, и в том числе из-под фундаментов, расположенных возле котлована зданий, что приведет к их деформации и даже к авариям. Очень существенно то, что это явление может сказаться на значительном удалении, составляющем иногда десятки метров.
Сотников С.Н. Проектирование и возведение фундаментов вблизи существующих сооружений
С увеличением темпов развития градостроительства, и как следствие, городской инфраструктуры, а также всевозможных подземных коммуникаций, увеличивается и техногенная нагрузка на застраиваемые территории. Поэтому, все чаще возникает необходимость оценки развития (возникновения, наступления) геологических процессов, связанных именно с техногенным воздействием.
Один из таких процессов - суффозия грунта, последствиями которой являются провалы грунта и проседание вышележащей толщи, а также образование отрицательных форм рельефа на территории застройки и прилегающих территориях.
По размерам суффозионные воронки достигают до 10, а иногда, и 100 м. Сам же процесс может протекать как на значительной глубине, так и вблизи поверхности. Глубинные суффозионные процессы, являются одной из причин образования подземных пещер, что в свою очередь ведет к проседанию всей вышележащей толщи грунтов и пород, а в условиях увеличения нагрузки на поверхность (при строительстве различных объектов) способно привести к провалу всей грунтовой толщи.
Суффозия – процесс выноса частиц грунта водами естественных подземных горизонтов, а также водами искусственных техногенных горизонтов. Данный процесс, на территориях застройки практически всегда развивается мгновенно и способен привести к природно-техногенным катастрофам разного масштаба, а также к значительным экономическим потерям.
Как правило, образованию суффозионных проявлений на жилых территориях способствует изменение гидродинамической обстановки в ходе проведения строительных мероприятий, а также вследствие утечек из городских коммуникаций. Также, зачастую этому процессу способствует изменения химического состава подземных вод, вследствие которого происходит растворение частиц грунта и их последующий вынос.
В настоящее время, при проектировании объектов промышленного и гражданского строительства принято выполнять оценку рисков, в том числе оценивают вероятность проявления опасных геологических процессов, а также техногенное влияние на территорию предполагаемого строительства и последствия, связанные с ним.
Известно, что такой процесс как суффозия может возникать только в определенных инженерно-геологических и гидрогеологических условиях. Основополагающим фактором является наличие пород с определенным текстурно-структурным составом. Также важную роль, определяющую возможность возникновения данного явления, играют такие факторы, как фильтрационная способность пород, величина градиента напора (гидродинамическая сила потока), химический состав вод горизонта и скорость подземного потока, а также наличие области выноса.
В случае, если процесс суффозии носит природно-техногенные характер, то все чаще источниками утечек воды, являются объекты водоснабжения и канализации, для обратной засыпки которых, чаще всего используют неоднородные по гранулометрическому составу насыпные грунты, наиболее подверженные суффозионному разрушению. А при плохом их уплотнении процесс происходит быстрее. Например, в случае если коммуникации проходят под транспортными магистралями, то формирование полости невозможно заметить до момента разрушения асфальтового покрытия под нагрузкой от транспорта.
На территории строительства новых зданий, изменение режима потока ПВ, в большинстве случаев, происходит вследствие вскрытия грунтовой толщи при организации строительных выемок. Образовании искусственной полости выноса (котлована, траншеи и др.), и отлив воды через ее поверхность приводит к увеличению скорости потока, которое и влечет за собой свободный вынос частиц грунта в образовавшуюся полость.
Суффозия на сегодня является актуальной геотехнической проблемой, так как устранение ее последствий требует проведения технологически сложных и дорогостоящих работ. Поэтому оценка риска, с целью предотвращения возможности возникновения данного явления играет значительную роль при проектировании строительства.
Наиболее оптимальным вариантом является использование комплекса методов оценки.
Для выполнения расчетов и последующего прогнозирования необходимо учитывать информацию, полученную в ходе предварительного обследования участка строительства.
Как правило, оценивают:
Подпись
Для московского региона проведена оценка и последующее картирование опасных и потенциально опасных суффозионных районов, что изначально позволяет предварительно охарактеризовать район застройки по степени развития и активности процесса.
2. Гидрологические условия
Наличием естественных водотоков на территории строительства обусловлена гидрогеологическая обстановка участка строительства. Химический состав подземных вод.
3. Естественные горизонтов ПВ
Изучение гидрогеологических условий дает возможность определить максимально возможные значения напорных градиентов, скорости потоков, состав и фильтрационные особенности пород.
4. Текстурно-структурные особенности пород
Исследования водопроницаемости грунтов предполагают изучение свойств техногенных грунтов и грунтов естественного залегания зоне эксплуатации.
Сюда входит определения фильтрационных свойств грунтов, а также исследования грунтов на виброползучесть.
5. Техногенную нагрузку
Определяют количество коммуникаций на единицу площади и др. факторы, которыми может быть обусловлено развитие аварийной обстановки.
С учетом некоторых из вышеперечисленных факторов, в лабораторных условиях, выполняется физическое моделирование суффозионного процесса. Для данного моделирования используются специальные трехмерные установки, позволяющие воссоздать условия, характерные именно для исследуемой территории.
Однако, минусом данного метода, несомненно является невозможность учета всех исходных параметров из-за их многообразия. Непредсказуемость факторов техногенного происхождения и скорость их изменения особенно влияют на объективность данного прогнозного расчета.
По итогам прогнозной оценки, в зависимости от факторов, влияющих на суффозионный процесс, определяют методы его предотвращения, а также даются рекомендации, позволяющие контролировать его развития на территории застройки.
На сегодня, методы борьбы с суффозией заключаются в предотвращении движения воды через размываемый массив и включают в себя:
- Регулирование стока ПВ и организация дренажных систем
- Организация противофильтрационных завес и шпунтовых стенок
- Увеличение пути фильтрации и уменьшение скорости движения ПВ
- Искусственное изменение свойств пород путем изменения их состава (цементация, силикатизация), для снижения фильтрационных свойств
РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО РАСЧЕТУ СУФФОЗИОННЫХ ДЕФОРМАЦИЙ ОСНОВАНИЙ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ, ВОЗВОДИМЫХ НА ЗАГИПСОВАННЫХ ГРУНТАХ
В настоящих Рекомендациях изложен метод расчета суффозионных деформаций оснований, сложенных загипсованными суглинками, супесями и песками. При расчете учитывается схема фильтрационного потока, начальная загипсованность грунта, степень выщелачивания солей и давление.
Рекомендации разработаны кандидатами техн. наук В.П.Петрухиным и С.В.Альперовичем на основе исследований, выполненных в НИИОСП им. Н.М.Герсеванова Госстроя СССР при участии канд. техн. наук Н.П.Куранова (ВОДГЕО Госстроя СССР), одобрены секцией Научно-технического совета НИИОСП и рекомендованы к изданию.
Предназначены для инженерно-технических работников проектных и научно-исследовательских организаций строительного профиля.
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. Настоящие Рекомендации составлены в развитие раздела 9 главы СНиП II-15-74* и распространяются на проектирование оснований, сложенных суглинками, супесями и песками, находящимися в естественных условиях в воздушно-сухом (необводненном) состоянии и содержащими гипс в любом количестве, а также примеси легкорастворимых солей в количестве не более 5%.
* На территории Российской Федерации документ не действует. Действуют СНиП 2.02.01-83. - Примечание изготовителя базы данных.
1.2. Расчет оснований по деформациям (второму предельному состоянию) следует выполнять с учетом следующих условий:
в результате фильтрации воды или растворов происходит растворение и выщелачивание гипса из массива грунта;
длина зоны, в пределах которой возможно выщелачивание гипса (выщелачиваемая зона), ограничена условием предельного насыщения фильтрующейся жидкости гипсом;
в процессе фильтрации происходит развитие выщелачиваемой зоны, т.е. увеличивается ее длина и уменьшается содержание гипса в грунте в направлении движения фильтрационного потока;
суффозионные деформации основания имеют место только в пределах выщелачиваемой зоны и нарастают по мере ее развития.
1.3. При расчете деформаций основания необходимо учитывать схему фильтрации водного потока в основании фундамента (рис.1):
схема 1 - равномерная вертикальная фильтрация в бесконечность (имеет место при одновременном и равномерном замачивании всей подошвы фундамента и его окрестности);
схема 2 - горизонтальная фильтрация в слое ограниченной толщины (имеет место при наличии слоя засоленного грунта, подстилаемого относительным водоупором);
схема 3 - фильтрация от местного источника замачивания (имеет место при частичном замачивании основания фундамента).
Рис.1. Схемы замачивания основания фундаментов:
I - равномерная вертикальная фильтрация в бесконечность;
II - горизонтальная фильтрация в слое ограниченной толщины;
III - фильтрация от местного источника замачивания
2. ПРОВЕДЕНИЕ РАСЧЕТА
2.1. Расчет суффозионных деформаций оснований по схеме 1 следует начинать с определения состояния выщелачиваемой зоны, т.е. ее длины и распределения в ней гипса в расчетный момент времени. Для этого в пределах деформируемой зоны основания выделяют слои с различным содержанием гипса (рис.2а). При этом начальное распределение гипса в грунте представляется ступенчатой функцией . В свою очередь выделенные слои разбиваются на более мелкие, толщиной 0,5 м, для которых производится расчет рассоления.
Рис.2. Схема для расчета рассоления основания при вертикальной фильтрации: а - неоднородное основание; б - однородное основание
Если основание сложено однородные грунтом, то начальное содержание гипса принимается постоянным в пределах деформируемой зоны , а вся зона разбивается на слои по 0,5 м.
2.2. При расчете суффозионных деформаций в случае фильтрации по схеме 1 деформируемая зона ограничивается глубиной , где суммарные вертикальные напряжения от нагрузки фундамента и собственного веса грунта равны начальному давлению суффозионной осадки .
Значение определяется по данным лабораторных испытаний. Методика определения приведена в приложении 1.
2.3. После разбивки основания на слои следует определить количество оставшегося в твердой фазе гипса на расчетный момент времени последовательно в каждом слое, начиная с верхнего. При этом слой, в котором содержание гипса будет равно начальному содержанию, является нижней границей выщелачиваемой зоны. Для нижележащих слоев расчет растворения гипса не проводится.
Если на расчетный момент времени длина выщелачиваемой зоны меньше , определяемой по указанию п.2.2, расчет деформаций производится только в пределах выщелачиваемой зоны. Если длина выщелачиваемой зоны больше , расчет деформаций производится в пределах деформируемой зоны.
2.4. Количество оставшегося в твердой фазе гипса в -ом слое на расчетный момент времени следует определять по формуле
, (1)
где - начальное массовое содержание гипса в -ом слое, доли ед.;
- координата середины -го слоя, м;
- приведенная координата для середины -го слоя;
Значения , , следует определять по формулам
; (2)
; (3)
, (4)*
где - время эксплуатации сооружения, сут;
- плотность сухого грунта, т/м;
* - плотность гипса, т/м (принимается равной 2,3 т/м);
* Формула и экспликация к ней соответствуют оригиналу. - Примечание изготовителя базы данных.
- коэффициент растворения, сут;
- недостаток насыщения, доли ед.;
- скорость фильтрации, м/сут;
- концентрация насыщения фильтрующей воды гипсом, т/м;
- концентрация гипса в воде на участке входа ее в загипсованный грунт, т/м;
- число слоев, лежащих выше -го слоя.
Методика определения коэффициента растворения приведена в приложении 2.
Для определения недостатка насыщения рекомендуется эмпирическая зависимость
, (5)
где - коэффициент фильтрации, м/сут.
Недостаток насыщения имеет следующие ориентировочные значения: для песков, у которых 0,1; 0,2 и 0,5 мм ( - диаметр частиц грунта, содержание которых по массе составляет 50%), - соответственно равно 0,18; 0,25 и 0,28, для супесей - 0,05-0,015, для суглинков - 0,01-0,1.
2.5. После определения следует определить степень выщелачивания для каждого слоя по формуле
. (6)
Далее для каждого расчетного слоя определяется значение относительного суффозионного сжатия , соответствующее данной степени выщелачивания.
Методика определения приведена в приложении 1.
2.6. Суффозионная осадка основания на расчетный момент времени при фильтрации по схеме 1 определяется по формуле
, (7)
где - число слоев в пределах толщи, равной длине выщелачиваемой зоны на расчетный момент времени (рис.3);
- оросительное суффозионное сжатие -го слоя при давлении в этом слое от нагрузки, передаваемой фундаментом, и от собственного веса грунта и при степени выщелачивания, определяемой по формуле (6).
Рис.3. Схема для расчета деформаций при вертикальной фильтрации
Распределение напряжений в грунте от веса фундамента (сооружения) принимается по схеме линейно-деформируемого слоя конечной толщины. Пример расчета суффозионной осадки основания при вертикальной фильтрации (схема 1) приведен в приложении 3.
2.7. Расчет деформаций оснований при фильтрации по схеме 2 следует производить с учетом развития во времени выщелачиваемой зоны в горизонтальном направлении и изменяющейся неоднородности деформационных свойств грунтов основания в пределах площади фундамента.
Вначале необходимо установить состояние выщелачиваемой зоны в основании фундамента на расчетный момент времени. Для установленного состояния выщелачиваемой зоны следует определить осадку сторон фундамента и его крен.
ИНЖЕНЕРНАЯ ЗАЩИТА ТЕРРИТОРИЙ, ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ ОТ КАРСТОВО-СУФФОЗИОННЫХ ПРОЦЕССОВ
Engineering protection of territories, buildings and structures from karst-suffusion processes. Design rules
Дата введения 2021-09-03
Предисловие
Сведения о своде правил
1 ИСПОЛНИТЕЛЬ - АО "НИЦ "Строительство" - научно-исследовательский, проектно-изыскательский и конструкторско-технологический институт оснований и подземных сооружений им.Н.М.Герсеванова (НИИОСП им.Н.М.Герсеванова)
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 "Строительство"
3 ПОДГОТОВЛЕН к утверждению Департаментом градостроительной деятельности и архитектуры Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации (Минстрой России)
6 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего свода правил соответствующее уведомление будет опубликовано в установленном порядке. Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте разработчика (Минстрой России) в сети Интернет
Введение
Настоящий свод правил устанавливает основные требования по проектированию противокарстовых мероприятий инженерной защиты на территориях потенциально опасных и опасных в отношении возможности развития карстовых, карстово-суффозионных и других процессов, связанных с карстом, которые могут привести к провалам или оседаниям поверхности. Свод правил разработан в развитие СП 116.13330.2012 "СНиП 22-02-2003 Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов. Основные положения".
1 Область применения
1.1 Настоящий свод правил распространяется на проектирование оснований вновь строящихся и реконструируемых зданий и сооружений на закарстованных территориях (опасных и потенциально опасных в карстово-суффозионном отношении).
1.2 Настоящий свод правил не распространяется на проектирование оснований линейных сооружений (инженерных сетей и коммуникаций, автомобильных и железных дорог, мостов, аэродромов), гидротехнических сооружений, сооружений, возводимых на вечномерзлых грунтах, а также фундаментов машин с динамическими нагрузками.
2 Нормативные ссылки
В настоящем своде правил приведены нормативные ссылки на следующие документы:
ГОСТ 24846-2019 Грунты. Методы измерения деформаций оснований зданий и сооружений
ГОСТ 27751-2014 Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения
ГОСТ 10704-91 Трубы стальные электросварные прямошовные. Сортамент
СП 15.13330.2012 "СНиП II-22-81* Каменные и армокаменные конструкции" (с изменениями N 1, N 2, N 3)
СП 16.13330.2017 "СНиП II-23-81* Стальные конструкции" (с изменениями N 1, N 2)
СП 20.13330.2016 "СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия" (с изменениями N 1, N 2)
СП 22.13330.2016 "СНиП 2.02.01-83* Основания зданий и сооружений" (с изменениями N 1, N 2, N 3)
СП 24.13330.2011 "СНиП 2.02.03-85 Свайные фундаменты" (с изменениями N 1, N 2, N 3)
СП 45.13330.2017 "СНиП 3.02.01-87 Земляные сооружения, основания и фундаменты" (с изменениями N 1, N 2)
СП 47.13330.2016 "СНиП 11-02-96 Инженерные изыскания для строительства. Основные положения"
СП 48.13330.2019 "СНиП 12-01-2004 Организация строительства"
СП 63.13330.2018 "СНиП 52-01-2003 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения" (с изменением N 1)
СП 64.13330.2017 "СНиП II-25-80 Деревянные конструкции" (с изменениями N 1, N 2)
СП 116.13330.2012 "СНиП 22-02-2003 Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов. Основные положения"
СП 126.13330.2012 "СНиП 3.01.03-84 Геодезические работы в строительстве"
СП 128.13330.2016 "СНиП 2.03.06-85 Алюминиевые конструкции"
СП 131.13330.2018 "СНиП 23-01-99* Строительная климатология"
СП 266.1325800.2016 Конструкции сталежелезобетонные. Правила проектирования (с изменением N 1)
СП 267.1325800.2016 Здания и комплексы высотные. Правила проектирования
СП 305.1325800.2017 Здания и сооружения. Правила проведения геотехнического мониторинга при строительстве
СП 333.1325800.2017 Информационное моделирование в строительстве. Правила формирования информационной модели объектов на различных стадиях жизненного цикла
СП 385.1325800.2018 Защита зданий и сооружений от прогрессирующего обрушения. Правила проектирования. Основные положения (с изменением N 1)
СанПиН 2.1.7.1287-03 Санитарно-эпидемиологические требования к качеству почвы
СанПиН 2.1.7.1322-03 Гигиенические требования к размещению и обезвреживанию отходов производства и потребления
Примечание - При пользовании настоящим сводом правил целесообразно проверить действие ссылочных документов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте федерального органа исполнительной власти в сфере стандартизации в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный документ, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого документа с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого документа с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего свода правил в ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный документ отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку. Сведения о действии сводов правил целесообразно проверить в Федеральном информационном фонде стандартов.
3 Термины и определения
В настоящем своде правил применены следующие термины с соответствующими определениями:
3.1 активная зона: Зона в основании сооружения, расположенная в пределах сжимаемой толщи.
Примечание - Сжимаемая толща определяется согласно СП 22.13330.
водоупор (водоупорный слой грунта): Слабопроницаемый слой грунта, фильтрацией подземных вод через который можно пренебречь.
[СП 22.13330.2012*, пункт 3.5]
* Вероятно, ошибка оригинала. Следует читать: СП 22.13330.2016. - Примечание изготовителя базы данных.
3.3 вторичная расчетная схема: Расчетная схема, полученная из первичной расчетной схемы за счет моделирования условий взаимодействия сооружения с основанием, подверженным воздействию карстово-суффозионных процессов.
3.4 гидроразрыв грунта: Механическое направленное разрушение массива грунта с образованием трещин при инъекции раствора.
3.5 закарстованная территория (район, участок): Территория, в пределах которой карст и связанные с ним суффозионные процессы проявлялись, проявляются или могут проявиться как на земной поверхности, так и в толще растворимых скальных грунтов.
карст: Комплексный геологический процесс, обусловленный растворением подземными и/или поверхностными водами горных пород, проявляющийся в их ослаблении, разрушении, образовании пустот и пещер, изменении напряженного состояния пород, динамики, химического состава и режима подземных и поверхностных вод, в развитии суффозии (механической и химической), эрозий, оседаний, обрушений и провалов грунтов и земной поверхности.
карстово-суффозионные процессы: Взаимосвязанное развитие карстового процесса и суффозии. При изучении и оценке карста включаются в состав карстового процесса.
3.8 отказ при нагнетании: Снижение расхода раствора до заданной величины при заданном давлении.
3.9 первичная расчетная схема: Расчетная схема, принятая для условий нормальной эксплуатации здания или сооружения на основные сочетания нагрузок.
3.10 покрывающая толща: Грунты, расположенные над карстующимися грунтами.
3.11 расчетный диаметр карстового провала: Прогнозируемый расчетный диаметр провала или оседания в основании сооружения, вызванный развитием карстово-суффозионного процесса, являющийся одним из основных исходных параметров для разработки противокарстовых мероприятий.
3.12 тампон (пакер): Конструкция для изоляции участка скважины при инъекции раствора.
3.13 тампонаж: Заполнение пустот и трещин твердеющим инъекционным раствором.
3.14 тампонажный раствор: Твердеющий водный раствор на основе вяжущего, применяемый для закрепления несвязных грунтов, заполнения пустот и трещин в горных породах.
суффозия: Разрушение и вынос потоком подземных вод отдельных компонентов и крупных масс дисперсных и сцементированных обломочных пород, в том числе слагающих структурные элементы скальных массивов.
3.16 цементация грунтов: Улучшение физико-механических свойств грунтового массива путем нагнетания в него глинисто-цементно-песчаных растворов.
4 Общие положения
4.1 Настоящий свод правил распространяется на проектирование противокарстовых мероприятий инженерной защиты на территориях потенциально опасных и опасных в отношении возможности развития карстовых, карстово-суффозионных и других процессов связанных с карстом, которые могут привести к провалам или оседаниям земной поверхности.
Примечание - Далее в тексте документа под противокарстовыми мероприятиями следует понимать мероприятия, направленные на предотвращение развития карстовых и карстово-суффозионных процессов.
4.2 Разработку проекта противокарстовых мероприятий выполняют на основании:
Читайте также: