Особенности проектирования песчаных подушек

В проекте устройства песчаных подушек должны быть указаны:

• ширина и толщина подушки (в пределах отдельных фундаментов или зданий и сооружений в целом);

• схема планировки котлована;

• рекомендуемые виды песчаных грунтов;

• значения оптимальной влажности песчаного грунта;

• требуемая плотность песчаного грунта в теле подушки;

• толщина отсыпаемых слоев;

• типы грунтоуплотняющих механизмов и ориентировочное количество их проходок для уплотнения грунтов до требуемой плотности;

• значения прочностных и деформационных характеристик песчаной подушки;

• условное расчетное сопротивление уплотненного грунта подушки;

• указания по проведению опытных работ и контролю качества при производстве работ по уплотнению.

В принципе расчет песчаной подушки сводится к определению ее размеров (ширины b_n и высоты h_n) и суммарной величины окончательной осадки песчаной подушки и подстилающего слабого слоя. Размеры подушки устанавливают, исходя из несущей способности слабого слоя грунта на уровне подошвы подушки. При этом расчетное сопротивление R_n на уровне кровли подушки принимается, равным расчетному сопротивлению песка или другого материала с том его плотности.

Для определения высоты песчаной подушки на слабых грунтах Н.А. Цытович [49] предлагает следующую упрощенную формулу (рис. 4.1):

(4.1)

где – высота песчаной подушки, м;

– наименьший размер подошвы фундамента, м;

– коэффициент, определяемый из графика на рис. 4.2 в зависимости от соотношения Rп/Rc и a/b;

R_n – расчетное сопротивление грунта подушки, кПа;

R_c – расчетное сопротивление слабого слоя, кПа;

а, b – размеры фундамента в плане, м.

Для определения ширины подушки задаются распределением давления в ней под углом α, который принимается равным α = 30-45°. Тогда

(4.2)

Рис. 4.2. Расчетная схема и график для определения высоты песчаной подушки по Н.А. Цытовичу

После назначения размеров фундаментов и песчаных подушек необходимо произвести их проверку по слабому подстилающему слою согласно п. 5.6.25 СП 22.13330.2011 [25] по формуле:

(4.3)

где , , – вертикальные напряжения в грунте на глубине z от подошвы фундамента (п. 5.6.31, 5.6.32 СП 22.13330.2011 [35]), кПа;

– расчетное сопротивление грунта слабого слоя, кПа, вычисленное по формуле (5.7) СП 22.13330.2011 [35] для условного фундамента шириной , равной

(4.4)

где – нагрузка, передаваемая на основание проектируемым фундаментом;

– длина и ширина проектируемого фундамента.

В случае ленточного фундамента с нагрузкой ширину условного фундамента допускается определять по формуле

В случае квадратного фундамента

g w:val="EN-US"/></w:rPr><m:t>A</m:t></m:r></m:e><m:sub><m:r><w:rPr><w:rFonts w:ascii="Cambria Math" w:h-ansi="Cambria Math"/><wx:font wx:val="Cambria Math"/><w:i/><w:spacing w:val="0"/><w:lang w:val="EN-US"/></w:rPr><m:t>z</m:t></m:r></m:sub></m:sSub></m:e></m:rad></m:oMath></m:oMathPara></w:p><w:sectPr wsp:rsidR="00000000"><w:pgSz w:w="12240" w:h="15840"/><w:pgMar w:top="1134" w:right="850" w:bottom="1134" w:left="1701" w:header="720" w:footer="720" w:gutter="0"/><w:cols w:space="720"/></w:sectPr></w:body></w:wordDocument>">

На лессовых просадочных грунтах высоту песчаной подушки необходимо назначать из условия, что полное давление на уровне низа подушки, равное сумме природного и дополнительного давлений, не должно превышать начального давления просадочности т. е. должно удовлетворяться условие

(4.5)

Необходимо отметить, что в предложенных методах расчета с увеличением высоты подушки значительно увеличивается и ее ширина, следовательно, повышается ее стоимость.

В соответствии с требованиями действующих строительных норм неоднородные (искусственные) основания должны рассчитываться по двум группам предельных состояний: по несущей способности и по деформациям.

По несущей способности неоднородные основания рассчитываются в соответствии с положениями и требованиями
СП 22.13330.2011 [25] и соответствующих пособий к ним.

Опыт показывает, что устройство подушек в слабых грунтах только в пределах зон распределения максимальных сжимающих напряжений (см. рис. 4.2) не всегда обеспечивает надежную их работу в связи с возможностью бокового расширения этих грунтов при загружении. Учитывая условия полного исключения бокового расширения подушек, проф. Б.И. Далматов предложил метод расчета подушек по условию устойчивости [9].

При устройстве песчаных подушек используется крупно- или среднезернистый песок, который отсыпают слоями толщиной
30-120 см (в зависимости от вида грунтоуплотняющего механизма) и уплотняют до достижения плотности сухого грунта в его теле
p_d = 1,65-1,80 т/м³. Их размеры в плане должны превышать размеры фундаментов не менее чем на 1 м в каждую сторону.

Расчетное сопротивление и осадки фундаментов на уплотненных песчаных подушках вычисляются по схеме двухслойного основания, состоящего из верхнего уплотненного слоя песчаной подушки и подстилающего грунта природной структуры. Прочностные характеристики и модули деформации уплотненных грунтов принимаются, как правило, по результатам непосредственных их испытаний. При их отсутствии указанные характеристики допускается принимать по табл. 3.4, 3.5 и 3.6.

Качество отсыпки и укатки грунта проверяют определением толщины отсыпаемого слоя, его влажности и плотности в сухом состоянии после уплотнения в наиболее характерных пунктах, располагаемых на каждых 300-600 м² уплотненной площади. При толщине слоя грунта до 0,5 м плотность и влажность определяют в середине слоя, а при большей – на двух горизонтах, расположенных на расстоянии 0,1-0,15 м выше и ниже слоя.

При производстве контроля качества уплотнения песчаных подушек используют метод лунки для крупнообломочных и песчаных грунтов, радиоактивных изотопов поверхностными приборами, зондирования (для песчаных грунтов).