Нормативные и расчетные значения характеристик грунтов

5.3.1 Основными параметрами механических свойств грунтов, определяющими несущую способность оснований и их деформации, являются прочностные и деформационные характеристики грунтов (угол внутреннего трения j, удельное сцепление с, предел прочности на одноосное сжатие скальных грунтов R_с, модуль деформации Е и коэффициент поперечной деформации v грунтов). Допускается применять другие параметры, характеризующие взаимодействие фундаментов с грунтом основания и установленные опытным путем (удельные силы пучения при промерзании, коэффициенты жесткости основания и пр.).

Примечание - Далее, за исключением специально оговоренных случаев, пол термином «характеристики грунтов» понимают не только механические, но и физические характеристики грунтов, а также упомянутые в настоящем пункте параметры.

5.3.2 Характеристики грунтов природного сложения, а также искусственного происхождения должны определяться для сооружений I и II уровней ответственности на основе их непосредственных испытаний в полевых и лабораторных условиях с учетом возможного изменения влажности грунтов в процессе строительства и эксплуатации сооружений, так как для не полностью водонасыщенных (S_r < 0,8) глинистых грунтов и пылеватых песков, а также специфических грунтов возможно снижение их прочностных и деформационных характеристик вследствие повышения влажности. Для определения прочностных характеристик j и с грунтов, для которых прогнозируется повышение влажности, образцы грунтов предварительно насыщают водой до значений влажности, соответствующих прогнозу. При определении модуля деформации в полевых условиях допускается проводить испытания грунта при природной влажности с последующей корректировкой полученного значения модуля деформации на основе компрессионных испытаний. В отчетных материалах следует приводить совместный анализ результатов выполненных полевых и лабораторных исследований.

5.3.3 Наиболее достоверными методами определения деформационных характеристик дисперсных грунтов являются полевые испытания статическими нагрузками в шурфах, дудках или котлованах с помощью плоских горизонтальных штампов площадью 2500-5000 см², а также в скважинах или в массиве с помощью плоского штампа или винтовой лопасти-штампа площадью 600 см² (ГОСТ 20276).

5.3.4 Модули деформации Е песчаных и глинистых грунтов, не обладающих выраженной анизотропией их свойств в горизонтальном и вертикальном направлениях, могут быть определены по испытаниям прессиометрами в скважинах или массиве (ГОСТ 20276).

5.3.5 Модули деформации Е песков и глинистых грунтов могут быть определены методом статического зондирования, а песков (кроме пылеватых водонасыщенных) - методом динамического зондирования (ГОСТ 19912), используя таблицы, приведенные в СП 11-105 (ч. I) [3], или региональные таблицы, приведенные в территориальных строительных нормах.

Для сооружений I и II уровней ответственности значения модуля деформации Е по данным зондирования должны уточняться на основе их сопоставления с результатами параллельно проводимых испытаний того же грунта штампами, прессиометрами (см. 5.3.3, 5.3.4), а также в приборах трехосного сжатия (ГОСТ 12248). Для зданий и сооружений III уровня ответственности допускается определять значения Е только по результатам зондирования, использую таблицы, приведенные в СП 11-105 (ч. I) [3], а при наличии статистически обоснованных региональных данных, приведенных в территориальных строительных нормах, и для сооружений II уровня ответственности.

5.3.6 В лабораторных условиях модули деформации глинистых грунтов могут быть определены в компрессионных приборах и приборах трехосного сжатия (ГОСТ 12248).

Для сооружений I и II уровней ответственности значения Е по лабораторным данным должны уточняться на основе их сопоставления с результатами параллельно проводимых испытаний того же грунта штампами, прессиометрами (см. 5.3.3, 5.3.4), а также в приборах трехосного сжатия. Для сооружений III уровня ответственности допускается определять значения Е только по результатам компрессионных испытаний, корректируя их с помощью повышающих коэффициентов т_k, приведенных в таблице 5.1. Эти коэффициенты распространяются на четвертичные глинистые грунты с показателем текучести 0 < I_L £ 1, при этом значения модуля деформации по компрессионным испытаниям следует вычислять в интервале давлений 0,1-0,2 МПа, а значение коэффициента b, учитывающего отсутствие поперечных деформаций грунтов, принимать в соответствии с рекомендациями ГОСТ 12248.

Примечание - При наличии статистически обоснованных региональных данных, прицеленных в региональных строительных нормах, значения т_k могут применяться для сооружений II уровня ответственности.

Таблица 5.1

5.3.7 Вертикальные нагрузки при испытании грунтов штампами, прессиометрами и в компрессионных приборах необходимо назначать с учетом давления, передаваемого на основание сооружением, и глубины отбора образцов грунта для лабораторных испытаний.

При строительстве зданий и сооружений I уровня ответственности при проведении испытаний необходимо предусматривать разгрузку и повторное нагружение грунта и вычислять модуль деформации по первичной Е и вторичной Е_е ветвям нагружения.

5.3.8 Прочностные характеристики дисперсных грунтов j и с могут быть получены путем испытаний грунтов лабораторными методами на срез или трехосное сжатие (ГОСТ 12248).

В полевых условиях значения (рис могут быть получены испытаниями на срез целиков грунта в шурфах или котлованах (ГОСТ 20276).

5.3.9 Для учета возможности возникновения нестабилизированного состояния медленно уплотняющихся водонасыщенных глинистых, органоминеральных и органических грунтов необходимо определять недренированную прочность основания с_и по результатам неконсолидированно-недренированных трехосных испытаний (ГОСТ 12248).

В полевых условиях с_и может быть определено методом вращательного среза (крыльчатка) в скважинах или в массиве (ГОСТ 20276).

5.3.10 Значения j и с песков и глинистых грунтов для сооружений II и III уровней ответственности могут быть определены полевыми методами поступательного и кольцевого среза в скважинах (ГОСТ 20276). При этом для сооружений II уровня ответственности полученные значения j и с должны уточняться на основе их сопоставления с результатами параллельно проводимых испытаний того же грунта методами, указанными в 5.3.8.

Примечание - При наличии статистически обоснованных региональных данных, прицеленных и территориальных строительных нормах, значения j и с могут назначаться по данным зондирования для сооружений II уровня ответственности.

5.3.11 Значения j и с песков и глинистых грунтов могут быть определены методом статического зондирования, а песков (кроме пылеватых водонасыщенных) - методом динамического зондирования (ГОСТ 19912), используя таблицы, указанные в 5.3.5.

Для сооружений I и II уровней ответственности полученные зондированием значения j и с должны уточняться на основе их сопоставления с результатами параллельно проводимых испытаний того же грунта методами, указанными в 5.3.8.

5.3.12 Указанные в 5.3.5-5.3.6 методы определения модуля деформации и в 5.3.10-5.3.11 методы определения прочностных характеристик допускается при соответствующем обосновании применять без параллельного проведения испытаний методами, указанными в 5.3.3-5.3.4 и 5.3.8, для сооружений II уровня ответственности, приведенных в таблице 5.11.

5.3.13 Предел прочности на одноосное сжатие скальных грунтов определяют в соответствии с ГОСТ 12248.

5.3.14 Нормативные и расчетные значения характеристик грунтов устанавливают на основе статистической обработки результатов испытаний по методике, изложенной в ГОСТ 20522.

5.3.15 Все расчеты оснований должны выполняться с использованием расчетных значений характеристик грунтов X, определяемых по формуле

X = X_n/g_g, (5.1)

где X_n - нормативное значение данной характеристики;

g_g - коэффициент надежности по грунту.

Коэффициент надежности по грунту при вычислении расчетных значений прочностных характеристик j, с и с_u дисперсных грунтов и R_c скальных грунтов, а также плотности грунта r устанавливают в зависимости от изменчивости этих характеристик, числа определений и значения доверительной вероятности а (ГОСТ 20522).

Для прочих характеристик грунта допускается принимать g_g равным 1.

Примечание - Расчетное значение удельного веса грунта g определяют умножением расчетного значения плотности грунта r на ускорение свободного падения g.

5.3.16 Доверительную вероятность расчетных значений характеристик грунтов а принимают равной при расчетах оснований по первой группе предельных состояний 0,95, по второй группе - 0,85.

При соответствующем обосновании для сооружений I уровня ответственности допускается принимать большую доверительную вероятность расчетных значений характеристик грунтов, чем указано выше.

Примечания

1 Расчетные значения характеристик грунтов, соответствующие различным значениям доверительной вероятности (для расчетов по первой и второй группам предельных состояний), должны приводиться в отчетах по инженерно-геологическим изысканиям.

2 Расчетные значения характеристик грунтов j, с, с_и и r для расчетов по несущей способности обозначают, j_I, с_I, с_иI и r_I, а по деформациям - j_II, с_II, с_иII и r_II.

5.3.17 Число определений характеристик грунтов, необходимое для вычисления их нормативных и расчетных значений, должно устанавливаться в зависимости от степени неоднородности грунтов основания, требуемой точности вычисления характеристики и уровня ответственности сооружения и указываться в программе исследований. Следует учитывать, что увеличение числа определений характеристик грунтов приводит к повышению их расчетных значений и, следовательно, к более экономичным проектным решениям.

Число одноименных частных определений для каждого выделенного на площадке инженерно-геологического или расчетного грунтового элемента (ГОСТ 20522) должно быть не менее десяти для физических характеристик и не менее шести - для механических характеристик. При определении модуля деформации по результатам испытаний грунтов в полевых условиях штампом допускается ограничиваться результатами трех испытаний (или двух, если они отклоняются от среднего не более чем на 25 %).

5.3.18 Для предварительных расчетов оснований сооружений I и II уровней ответственности, а также для окончательных расчетов оснований сооружений III уровня ответственности и опор воздушных линий электропередачи независимо от их уровня ответственности допускается определять нормативные и расчетные значения прочностных и деформационных характеристик грунтов по таблицам приложения Б в зависимости от их физических характеристик. При соответствующем обосновании допускается использовать данные таблиц приложения Б для окончательных расчетов сооружений IIуровня ответственности, приведенных в таблице 5.11.

Примечания

1 Нормативные значения угла внутреннего трения j_n, удельного сцепления с_n и модуля деформации Е допускается принимать по таблицам приложения Б. Расчетные значения характеристик в этом случае принимают при следующих значениях коэффициента надежности по грунту:

в расчетах оснований по деформациям......................................................... g_g = 1;

в расчетах оснований по несущей способности:

для удельного сцепления.......................................................................... g_g(с) = 1.5;

для угла внутреннего трения песчаных грунтов.................................... g_g(j) = 1.1;

то же, глинистых грунтов....................................................................... g_g(j) = 1.15.

2 Для отдельных районов допускается вместо таблиц приложения Б пользоваться региональными таблицами характеристик грунтов, специфических для этих районов, приведенными в территориальных строительных нормах,

Подземные воды

5.4.1 При проектировании оснований, фундаментов и подземных сооружений в условиях нового строительства или реконструкции необходимо учитывать гидрогеологические условия площадки и возможность их изменения в процессе строительства и эксплуатации сооружения, а именно:

естественные сезонные и многолетние колебания уровней подземных вод;

техногенные изменения уровней подземных вод и возможность образования «верховодки»;

высоту зоны капиллярного подъема над уровнем подземных вод в пылеватых песках и глинистых грунтах;

степень агрессивности подземных вод по отношению к материалам подземных конструкций и коррозионную агрессивность грунтов по результатам инженерно-геологических изысканий с учетом технологических особенностей производства.

5.4.2 Для оценки степени воздействия сооружения на режим подземных вод застраиваемой и прилегающей к ней территорий необходимо выполнить прогноз изменения гидрогеологических условий для стадии строительства и эксплуатации.

5.4.3 Прогноз изменения гидрогеологических условий должен выполняться для сооружений I и II уровней ответственности с учетом изменений факторов, оказывающих влияние на формирование многолетнего режима подземных вод, методами математического моделирования, аналитическими и др. Для выполнения указанных исследований необходимо привлекать специализированные организации.

5.4.4 При выполнении прогноза изменений гидрогеологических условий должны быть выявлены режимообразующие факторы, которые следует подразделять на региональные и локальные.

Региональные факторы включают: подпор подземных вод от рек, каналов и других водоемов, от утечек предприятий, полей фильтрации станций аэрации; образование воронок депрессии как следствие работы водозаборов подземных вод, дренажей, систем осушения сооружений метрополитена, карьеров и пр.

Локальные факторы включают: подпор подземных вод от барражного эффекта, созданного подземными сооружениями (в том числе свайными полями), от инфильтрации за счет утечек из водонесущих коммуникаций окружающей застройки; образование депрессионных воронок от действия различных видов дренажей при строительстве и эксплуатации сооружений.

5.4.5 Для получения достоверных прогнозных оценок изменений гидрогеологических условий при проектировании сооружений I и II уровней ответственности следует использовать результаты режимных наблюдений за подземными водами (на застраиваемой и прилегающей территориях), а также выполнить комплекс опытно-фильтрационных работ по определению фильтрационных параметров водоносных горизонтов, влияющих на изменения гидрогеологической обстановки в районе нового строительства.

5.4.6 Оценку возможных естественных сезонных и многолетних колебаний уровня подземных вод производят на основе данных многолетних режимных наблюдений по государственной стационарной сети с использованием результатов краткосрочных наблюдений, в том числе разовых замеров уровня подземных вод, выполняемых при инженерных изысканиях на площадке строительства.

5.4.7 Для разработки проектов сооружений и производства земляных работ необходимы данные о среднем многолетнем положении уровня подземных вод и их максимальном и минимальном уровнях за период наблюдений, а также о продолжительности стояния паводковых (весенних и летне-осенних) уровней подземных вод.

5.4.8 По характеру подтопления следует выделять естественно или техногенно подтопленные территории (с глубинами залегания уровня подземных вод менее 3 м) и неподтопленные.

Основными факторами подтопления являются: при строительстве - изменение условий поверхностного стока при вертикальной планировке территории, длительный разрыв между выполнением земляных и строительных работ; при эксплуатации - инфильтрация утечек, уменьшение испарения под зданиями и покрытиями и т.д.

5.4.9 По характеру техногенного воздействия неподтопленные застраиваемые территории подразделяют на: неподтопляемые, потенциально подтопляемые и осушаемые.

Неподтопляемые территории - территории, на которых вследствие благоприятных природных условий (наличие проницаемых грунтов большой толщины, глубокое положение уровня подземных вод, дренированность территории) и благоприятных техногенных условий (отсутствие или незначительные утечки из коммуникаций, незначительный барражный эффект) не происходит заметного увеличения влажности грунтов основания и повышения уровня подземных вод.

Потенциально подтопляемые территории - территории, на которых вследствие неблагоприятных природных и техногенных условий в результате их строительного освоения или в период эксплуатации возможно повышение уровня подземных вод, вызывающее нарушение условий нормальной эксплуатации сооружений, что требует проведения защитных мероприятий и устройства дренажей.

Осушаемые территории - территории, на которых происходит понижение уровня подземных вод в результате действия водоотлива в период строительства и действия дренажей в период эксплуатации сооружения, что вызывает оседание земной поверхности и может явиться причиной деформаций сооружений.

5.4.10 Оценка потенциальной подтопляемости территории выполняется на основе прогноза изменения гидрогеологических условий с учетом инженерно-геологических условий площадки строительства и прилегающих территорий, конструктивных и технологических особенностей проектируемых (реконструируемых) сооружений и окружающей застройки.

5.4.11 Для сооружений I и II уровней ответственности следует выполнить количественный прогноз изменения уровня подземных вод с учетом техногенных факторов на основе специальных комплексных исследований, включающих не менее годового цикла стационарных наблюдений за режимом подземных вод. Для выполнения указанных исследований необходимо привлекать специализированные организации.

5.4.12 При подъеме уровня подземных вод следует учитывать возможность развития дополнительных осадок основания вследствие ухудшения деформационных и прочностных характеристик грунтов при их водонасыщении и изменения напряженного состояния сжимаемой толщи в результате гидростатического и гидродинамического взвешивания.

5.4.13 Техногенное изменение уровня подземных вод на застраиваемой территории зависит от функционального назначения территории: промышленные зоны, селитебные зоны с плотной, смешанной и низкоплотной застройкой, территории, занятые парками и лесами, и т.п. и характеризуется величиной инфильтрационного питания грунтовой толщи W, мм/год, которая определяется по формуле

W = (1 - m)W_nat + W_tec, (5.2)

где т - степень закрытости территории непроницаемыми покрытиями (асфальт, крыши и т.д.);

W_nat - инфильтрационное питание, обусловленное естественным фоном инфильтрации, мм/год;

W_tec - инфильтрационное питание, обусловленное техногенными факторами, мм/год.

Инфильтрационное питание W_tec зависит от предполагаемого водопотребления на застраиваемой территории.

Потери водопотребления, участвующие в формировании питания подземных вод, на территории селитебных районов составляют в среднем 3,6 % суммарного водопотребления. Для промышленных зон эти потери зависят от характера водопотребления производства и продолжительности его эксплуатации и составляют от 4 до 6 % расхода воды.

5.4.14 Для сооружений I и II уровней ответственности количественный прогноз изменений гидрогеологических условий территории производится для:

расчета водопритоков в котлован;

оценки устойчивости основания и откосов котлована, а также возможности проявления суффозионных процессов;

обоснования необходимости устройства противофильтрационной завесы и ее глубины;

оценки влияния дренажа на прилегающие территории с определением размеров депрессионной воронки;

оценки барражного эффекта;

расчета давления подземных вод на заглубленную часть сооружения;

расчета оседания земной поверхности;

расчета водопритоков к дренажу и определения зоны его влияния;

оценки высоты зоны капиллярного подъема.

5.4.15 Если при прогнозируемом уровне подземных вод возможно ухудшение физико-механических свойств грунтов основания, развитие неблагоприятных геологических и инженерно-геологических процессов, нарушение условий нормальной эксплуатации подземных частей сооружений и т.п., то в проекте должны предусматриваться соответствующие защитные мероприятия, в частности:

гидроизоляция подземных конструкций;

мероприятия, ограничивающие подъем уровня подземных вод, снижающие или исключающие утечки из водонесущих коммуникаций и т.п. (дренаж, противофильтрационные завесы, устройство специальных защитных каналов для коммуникаций и т.д.);

мероприятия, препятствующие механической или химической суффозии грунтов (устройство ограждения котлована, закрепление грунтов);

устройство стационарной сети наблюдательных скважин для контроля над развитием процесса подтопления, своевременное устранение утечек из водонесущих коммуникаций и т.д.

Выбор одного из указанных мероприятий или их комплекса должен производиться на основе технико-экономического анализа с учетом прогнозируемого уровня подземных вод, конструктивных и технологических особенностей проектируемого сооружения, его уровня ответственности и расчетного срока эксплуатации, стоимости и надежности водозащитных мероприятий и т.п.

В необходимых случаях на стадии строительства и эксплуатации сооружения следует осуществлять мониторинг изменения гидрогеологических условий для контроля над возможным процессом подтопления или осушения, своевременным предотвращением утечек из водонесущих коммуникаций, прекращением или уменьшением объема откачек и т.д.

5.4.16. Если подземные воды или промышленные стоки агрессивны по отношению к материалам заглубленных конструкций или могут повысить коррозийную агрессивность грунтов, следует предусматривать антикоррозионные мероприятия в соответствии с требованиями СП 28.13330.