ПРОЕКТИРОВАНИЕ И УСТРОЙСТВО ФУНДАМЕНТОВ ЗДАНИЙ НА ПРОСАДОЧНЫХ ГРУНТАХ.

Просадкой грунтов называется быстро протекающая осадка, возникающая при коренном изменении структуры грунтов вследствие избыточного увлажнения. Просадочные грунты относятся к структурно-неустойчивым грунтам, которые меняют свои физико-механические свойства при внешних воздействиях. Свойством просадки обладают обычно лёссы и лёссовидные суглинки. Вследствие наличия крупных пор эти грунты иногда называют макропористыми.

Проектирование фундаментов на просадочных грунтах осуществляется в следующей последовательности:
а) оцениваются инженерно-геологические условия, свойства грунтов, определяется тип грунтовых условий по просадочности:
б) рассматриваются варианты устранения просадочных свойств грунтов, прорезки всей толщи грунтов глубокими фундамента
ми, комплекс водозащитных и конструктивных мероприятий;
в) выбирается глубина заложения фундамента;
г) определяются размеры фундамента на естественном основании;
д) определяется возможная просадка основания;
е) уточняются тип основания, глубина заложения, тип фундамента, размеры фундамента;
е) в случае необходимости рассчитывается искусственное основание;
ж) производится конструктивный расчет фундамента.

При анализе инженерно-геологических условий, в первую очередь, оценивают просадочные свойства грунтов. Возможность просадки от собственного веса и ее величина определяются в процессе изысканий путем опытного замачивания в полевых условиях. В зависимости от типа грунтовых условий назначаются мероприятия, обеспечивающие эксплуатационную пригодность сооружения.

При I типе просадка возможна только от веса сооружения при попадании воды непосредственно под фундаменты. Для исключения возможности такой просадки устраняют просадочность грунта в пределах деформируемой зоны. При II типе требуется осуществить дополнительные водозащитные или конструктивные мероприятия и устранить просадочные свойства грунта на всю глубину просадочной толщи. При выборе глубины заложения фундаментов учитывают, что верхняя часть лёссовых грунтов часто разрыхлена землероями. Эту зону прорезают и закладывают фундаменты на отметке, где число ходов землероев — не больше двух на 1 м2 дна котлована.

Предварительное определение размеров фундаментов на просадочном грунте производится так же, как на обычных непросадочных грунтах, с использованием расчетного сопротивления грунта.

При устройстве фундаментов в вытрамбованном ложе сначала забивают в грунт инвентарные пирамидальные или конические элементы (трамбовки), устраивая вытрамбованные котлованы, в которых затем бетонируют монолитные фундаменты или устанавливают сборные конструкции. Их применяют как в непросадочных, так и в просадочных грунтах. В первом случае эти фундаменты позволяют снизить расход материалов, во втором — устранить просадочные свойства грунтов.

Забивные блоки и трамбовки можно погружать в грунт с помощью обычных сваебойных агрегатов. Вытрамбованные котлованы также устраивают с помощью сбрасываемой с высоты 4...8 м трамбовки, получая глубину уплотнения в пределах 0,6... 3,0 м. После забивки блока или после трамбовки вокруг них образуется уплотненная зона грунта, что повышает несущую способность или устраняет просадочность. Полученный трамбованием котлован заполняют бетоном или монтируют в него сборный фундамент. Такие фундаменты можно использовать подобно отдельно стоящим или свайным фундаментам: как столбчатые под колонны каркасных зданий и как ленточные под стены, в том числе прерывистые, с расчетным расстоянием между отдельными забивными блоками или блоками в вытрамбованных котлованах. Рекомендуется использовать фундаменты в вытрамбованных котлованах в просадочных грунтах II типа, если суммарная величина деформации, определяемая просадкой от собственного веса грунта и осадкой от нагрузки, не превышает предельных значений, рекомендуемых нормами, а также для одноэтажных производственных и складских зданий с конструкциями, малочувствительными к неравномерным деформациям, с нагрузкой на отдельный фундамент не более 400 кН и просадкой от собственного веса грунта до 20 см.

Конструктивные решения узлов опирания колонн или стен на фундаменты в виде забивных блоков или в вытрамбованном ложе аналогичны конструктивным решениям узлов для столбчатых, ленточных или свайных фундаментов: колонны могут заделываться в стакан, стены из штучных материалов опирают на фундаментные балки, а панельные — непосредственно на блоки фундамента. Фундаментные балки опирают непосредственно на фундаменты или на набетонки. Блоки прерывистых ленточных фундаментов размещают на расчетных расстояниях.

Расчетное сопротивление грунта основания забивных блоков или в вытрамбованном котловане находят как минимальное значение из двух расчетных сопротивлений:

1) полученного с использованием прочностных характеристик уплотненных грунтов в водонасыщенном состоянии;

2) определенного по формуле, по давлению на грунт природного сложения, подстилающего уплотненную зону.

Если при забивке трамбовки в дно котлована втрамбовывают жесткий насыпной материал (щебень, жесткий бетон и др.), то несущую способность такого фундамента с уширенным основанием определяют при полном замачивании просадочного грунта как наименьшее из значений несущей способности по жесткому материалу, втрамбованному в дно котлована, по уплотненному грунту в пределах зоны уплотнения, по грунту природной плотности и влажности, находящемуся ниже уплотненной зоны.

Осадки основания фундаментов определяют по схеме двухслойного основания из уплотненного слоя и подстилающего просадочного грунта. Они определяются без учета сжатия жесткого материала, втрамбованного в грунт основания. Размер фундамента в плане принимается равным размерам поперечного сечения уширенного основания из жесткого материала в месте наибольшего уширения, глубина заложения — по низу уширенной части основания.

При проектировании фундаментов в грунтовых условиях II типа по просадочности применяют полный комплекс мероприятий по устранению просадочности, в том числе водозащитные и конструктивные мероприятия. Применяют следующие способы и мероприятия:

устройство свайных фундаментов с прорезкой толщи просадочных грунтов;

закрепление всей толщи просадочных грунтов различными методами;

уплотнение грунтов грунтовыми сваями;

устройство фундаментов из набивных свай с уширенной пятой, заведенных в нижележащий слой непросадочного грунта;

уплотнение грунтов с помощью предварительного замачивания и подводных взрывов при последующем уплотнении трамбованием верхнего слоя грунта;

водозащитные мероприятия для уменьшения вероятности замачивания оснований.

При проектировании фундаментов следует придерживаться следующего порядка:

1. Оценка инженерно-геологических условий (см. ранее).

2. Определение осадки + просадки и сравнение полученных величин с предельной величиной осадки для возводимого сооружения.

Sпр + S ≤ Su

При соблюдении этого условия – расчет обычен.Если выше приведённое условие не соблюдается, то стремятся изменить глубину заложения фундамента или изменить конструктивное решение по устройству фундамента в соответствии с, ниже приведённой схемой:

Схема вариантов возможного выбора глубины заложения фундаментов в лёссовых (просадочных) грунтах.

1. Если фундамент мелкого заложения получает S_пр + S >S_u, то увеличивают глубину заложения фундамента.

2. Фундамент с большей глубиной заложения (меньшей просадочной толщей под подошвой).

3. Фундамент глубокого заложения (опора подошвы на непросадочный грунт).

4. Прорезка просадочного грунта сваями (необходимо учитывать отрицательное трение).

5. Сжимаемую зону под фундаментом искусственно делаем непросадочной.

6. Другие мероприятия, сюда относиться (согласно СНиП):

o дренаж вокруг сооружения (повышенные требования);

o прокладка инженерных коммуникаций по схеме труба в трубе (снижение риска замачивания лёссового грунта в случае возможной протечки);

o повышенные требования к планировке застраиваемой территории (расположение сооружений с повышенным риском утечки воды – водонапорных башен в пониженных местах) (см. схему);

o различные мероприятия, уменьшающие возможность замачивания грунта под фундаментами (уширенная отмостка вокруг здания, повышенный уклон от здания самотечных инженерных трубопроводов и т.д.).

Схема применения различных инженерных мероприятий по снижению возможности развития просадки в лёссовом основании.

Применение того или иного мероприятия по снижению или прекращению просадочности лёссового грунта, определяется ещё на стадии проектирования.Устраненияпросадочности лёссовых грунтов является одной из радикальных мер, используемых на различных стадиях строительства и эксплуатации уже деформированных сооружений.

I тип — грунтовые условия, когда просадка происходит в основном от действия внешней нагрузки, а просадки от собственного веса или не происходит, или величина последней не превышает 5 см.
II тип — условия, при которых просадка происходит от внешней нагрузки и собственного веса при значении последней более 5 см.
1. Для устранения просадочности при I типе грунтовых условий, если толща просадочных грунтов не превышает 5 -6 м, прибегают к следующим мерам:

1) Уплотнение грунтов тяжелыми трамбовками.этот метод используеться при предварительном доведенни влажности грунта до оптимального, если глубина заложения фундамента составляет 1,5- 2 м. В этом случае слой просадочных грунтов имеет мощность 3,5 - 4 м, что позволяет уплотняьб его с помощью трамбовки.
2) Уплотнение с устройством подушек из непросадочных местных грунтов, Этот метод применяеться в случае, если с помощью трамбования не удается уплотнить грунт на требуемую глубину. Подушку устраивают над уплотненным слоем грунта .
3) Применение свайных фундаментов с полной при резкой слоев просадочных грунтов для передачи давления на лежащий ниже слой непросадочного грунта.
4) Уплотнение грунтов подводными взрывами при предварительном замачивании. Взрывы производятся в пробуренных скважинах на дне заранее подготовленного котлована, который обваловывается насыпями. Затем в котлован наливают воду и производят взрывы, которые способствуют уплотнению грунта.

2Для устранения просадочностн при II типе грунтовых условий применяют следующие способы:

1. Устройство свайных фундаментов с проверкой толщи просадочных грунтов
2. Закрепление грунтов с помощью цементации, силикатизации, битумезации
3. Уплотнение грунтов грунтовыми сваями
4. устройство фундамента из набивных свай с уширенной пятой
5. Уплотнение грунтов с помощью предварительного замачивания и подводных взрывов с последующим уплотнением с помощью трамбования верхнего слоя грунта.

В некоторых случаях при возведении легких зданий и сооружений целесообразно другое, более экономичное решение, исключающее возможность замачивания толщи просадочных грунтов в течение всего периода эксплуатации. Для этого необходимо полностью исключить возможность проникновения в основания фундаментов дождевых, хозяйственных и подземных вод (при колебаниях уровня), что возможно при специальной планировке территории, устройстве дерновых и асфальтовых покрытий. Удаление дождевых вод осуществляется с помощью кюветов, канав, лотков со сбором в дождевую канализацию. Особое внимание следует уделить удалению воды от фундаментов. Для этого обратная засыпка последних тщательно трамбуется, и устраивается специальная водонепроницаемая отмостка, с которой вода удаляется с помощью лотков в кюветы или канализационную систему. Для предотвращения поступления в грунт хозяйственных и производственных вод используются специальные правила проектирования трубопроводов.