Особенности проектирования оснований сооружений, возводимых на специфических грунтах и в особых условиях

Просадочные грунты

6.1.1 Основания, сложенные просадочными грунтами, должны проектироваться с учетом их особенности, заключающейся в том, что при повышении влажности выше определенного уровня происходит потеря прочности грунта и они дают дополнительные деформации - просадки - от внешней нагрузки и (или) собственного веса грунта.

6.1.2 При проектировании оснований, сложенных просадочными грунтами, следует учитывать возможность повышения их влажности за счет:

а) замачивания грунтов - сверху из внешних источников и (или) снизу при подъеме уровня подземных вод;

б) накопления влаги в грунте вследствие инфильтрации поверхностных вод и экранирования поверхности.

6.1.3 Просадочные грунты характеризуются относительной просадочностью e_sl и начальным просадочным давлением p_sl. Указанные характеристики определяют в соответствии с 6.1.12, 6.1.14.

Нормативные значения e_sl и p_sl вычисляют как средние значения результатов их определений (ГОСТ 20522), а расчетные значения допускается принимать равными нормативным (g_g = 1).

6.1.4 При проектировании оснований, сложенных просадочными грунтами, должны учитываться:

а) просадки от внешней нагрузки s_sl,p, происходящие в пределах верхней зоны просадки h_sl,p, измеряемой от подошвы фундамента до глубины, где суммарные вертикальные напряжения от внешней нагрузки и собственного веса грунта равны начальному просадочному давлению или сумма указанных напряжений минимальна (см. 6.1.15);

б) просадки от собственного веса грунта s_sl,g, происходящие в нижней зоне просадки h_sl,g, начиная с глубины, где суммарные вертикальные напряжения превышают начальное просадочное давление p_sl или сумма вертикальных напряжений от собственного веса грунта и внешней нагрузки минимальна, и до нижней границы просадочной толщи;

в) неравномерность просадки грунтов Ds_sl;

г) горизонтальные перемещения основания u_sl в пределах криволинейной части просадочной воронки при просадке грунтов от собственного веса;

д) потеря устойчивости откосов и склонов;

е) дополнительные нагрузки вследствие образования в грунтовой толще водных куполов;

ж) дополнительные осадки подстилающего просадочную толщу грунтов, происходящие за счет изменения напряженного состояния грунтового массива (см. 6.1.7).

Примечание - Просадку грунтов учитывают при относительной просадочности e_sl ³ 0,01.

6.1.5 При определении просадок грунтов и их неравномерности следует учитывать:

характер планировки территории (наличие выемок и срезки или насыпей и подсыпок, которые оказывают влияние на напряженное состояние грунтов основания, а также на вид и размер просадок);

возможные виды, размеры и места расположения источников замачивания грунтов; конструктивные особенности сооружения, в частности наличие тоннелей, подвалов под частью сооружения и т.п.;

дополнительные нагрузки на глубокие фундаменты, уплотненные и закрепленные массивы от сил негативного трения, возникающих при просадках грунтов от собственного веса.

Кроме того, необходимо учитывать, что при замачивании сверху больших площадей (ширина замачиваемой площади В_w равна или превышает толщину слоя просадочного грунта - просадочную толщу H_sl) и замачивании снизу за счет подъема уровня подземных вод полностью проявляется просадка от собственного веса s_sl,g, а при замачивании сверху малых площадей (B_w < H_sl) проявляется только ее часть s'_sl,g (см. 6.1.18).

Примечание - При определении неравномерности просадок грунтов следует учитывать возможные наиболее неблагоприятные виды и места расположения источников замачивания по отношению к рассчитываемому фундаменту или сооружению в целом.

6.1.6 Грунтовые условия площадок, сложенных просадочными грунтами, в зависимости от возможности проявления просадки грунтов от собственного веса подразделяют на два типа:

I тип - грунтовые условия, в которых возможна в основном просадка грунтов от внешней нагрузки, а просадка грунтов от собственного веса отсутствует или не превышает 5 см;

II тип - грунтовые условия, в которых помимо просадки грунтов от внешней нагрузки возможна их просадка от собственного веса и ее величина превышает 5 см.

6.1.7 Расчет оснований, сложенных просадочными грунтами, производят в соответствии с требованиями раздела 5.

При этом деформации основания определяют суммированием осадок и просадок. Осадки основания определяют без учета просадочных свойств грунтов исходя из деформационных характеристик грунтов при установившейся влажности, а просадки - в соответствии с требованиями 6.1.2-6.1.5.

Установившееся значение влажности принимают равным природной влажности w, если w ³ w_p, и влажности на границе раскатывания w_p, если w < w_p.

Примечание - Следует также учитывать дополнительные осадки подстилающих просадочную толщу грунтов, которые могут быть вызваны изменением напряженного состояния грунтового массива из-за нагрузок: от зданий и сооружений, грунтовых подушек, подсыпок при выполнении вертикальной планировки, а также от веса воды при водонасыщении просадочной толщи и т.п.

6.1.8 Расчетное сопротивление грунта основания R при возможном замачивании просадочных грунтов (см. 6.1.2, а) принимают равным:

а) начальному просадочному давлению p_sl при устранении возможности просадки грунтов от внешней нагрузки путем снижения давления по подошве фундамента;

б) значению, вычисленному по формуле (5.7) с использованием расчетных значений прочностных характеристик (j_II и с_II) в водонасыщенном состоянии.

При невозможности замачивания просадочных грунтов расчетное сопротивление грунта основания R определяют по формуле (5.7) с использованием прочностных характеристик этих грунтов при установившейся влажности (см. 6.1.7).

При определении расчетного сопротивления грунта основания при возможности его замачивания до полного водонасыщения коэффициенты условий работы g_с1 и g_с2 принимают по таблице 5.4 как для глинистых грунтов с показателем текучести I_L > 0,5, а при невозможности замачивания - с показателем текучести I_L £ 0,5.

6.1.9 Предварительные размеры фундаментов сооружений I и II уровней ответственности, возводимых на просадочных грунтах, назначают исходя из расчетных сопротивлений основания R₀, принимаемых по таблице В.4 приложения В.

Указанными значениями R₀ допускается пользоваться также для назначения окончательных размеров фундаментов сооружений III уровня ответственности, в которых отсутствует мокрый процесс.

6.1.10 При устранении просадочных свойств грунтов уплотнением или закреплением для сооружений I и II уровней ответственности необходимо обеспечить, чтобы полное давление на кровлю подстилающего неуплотненного или незакрепленного слоя не превышало начальное просадочное давление p_sl.

6.1.11 Просадку грунтов основания s_sl, см, при увеличении их влажности вследствие замачивания сверху больших площадей (см. 6.1.5), а также замачивания снизу при подъеме уровня подземных вод определяют по формуле

(6.1)

где e_sl,i - относительная просадочность i-го слоя грунта, определяемая в соответствии с 6.1.12;

h_i - толщина i-го слоя, см;

k_sl,i - коэффициент, определяемый в соответствии с 6.1.13;

п - число слоев, на которое разбита зона просадки h_sl, принимаемое в соответствии с 6.1.17.

6.1.12 Относительную просадочность грунта e_sl определяют на основе испытаний грунта в лабораторных условиях (ГОСТ 23161) по формуле

(6.2)

где h_n,p и h_sat,p - высота образца, см, соответственно природной влажности и после его полного водонасыщения (w = w_sat) при давлении p, кПа, равном вертикальному напряжению на рассматриваемой глубине от внешней нагрузки и собственного веса грунта р = s_zp + s_zg при определении просадки грунта в верхней зоне просадки; при определении просадки грунта в нижней зоне просадки также учитывают дополнительную нагрузку от сил негативного трения;

h_n,g - высота, см, того же образца природной влажности при р = s_zg.

Значение e_sl может быть определено также в полевых условиях по испытаниям грунта штампом с замачиванием (ГОСТ 20276).

6.1.13 Коэффициент k_sl,i, входящий в формулу (6.1), при b ³ 12 м принимают равным единице для всех слоев грунта в пределах зоны просадки; при b £ 3 м вычисляют по формуле

k_sl,i = 0,5 + 1,5(p – p_sl,i)/p₀, (6.3)

где р - среднее давление под подошвой фундамента, кПа;

p_sl,i - начальное просадочное давление грунта i-го слоя, кПа, определяемое в соответствии с 6.1.14;

p₀ - давление, равное 100 кПа.

При 3 м < b < 12 м k_sl,i определяют интерполяцией.

При определении просадки грунта от собственного веса следует принимать k_sl = 1 при H_sl £ 15 м и k_sl = 1,25 при H_sl ³ 20 м, при промежуточных значениях H_sl коэффициент k_sl определяют интерполяцией.

6.1.14 За начальное просадочное давление p_sl принимают давление, соответствующее:

при лабораторных испытаниях грунтов в компрессионном приборе (ГОСТ 23161) - давлению, при котором относительная просадочность e_sl равна 0,01;

при полевых испытаниях штампами предварительно замоченных грунтов (ГОСТ 20276) - давлению, равному пределу пропорциональности на графике «нагрузка - осадка»;

при замачивании грунтов в опытных котлованах - вертикальному напряжению от собственного веса грунта на глубине, начиная с которой происходит просадка грунта от собственного веса.

6.1.15 Толщину зоны просадки грунта h_sl принимают равной (см. рисунок 6.1):

толщине верхней зоны просадочной толщи h_sl,p при определении просадки грунта от внешней нагрузки s_sl,p (см. 6.1.4), при этом нижняя граница указанной зоны соответствует глубине, где s_z = s_zp + s_zg = p_sl (см. рисунок 6.1 а, б), или глубине, где значение о_; минимально, если s_z,min > p_sl (см. рисунок 6.1, в);

толщине нижней зоны просадочной толщи h_sl,g при определении просадки грунта от собственного веса s_sl,g (см. 6.1.4, 6.1.5), т.е. начиная с глубины z_g, где s_z = p_sl, или значение s_z минимально, если s_z,min > p_sl, и до нижней границы просадочной толщи.

6.1.16 При отсутствии опытных определений начального просадочного давления суммирование по формуле (6.1) производят до глубины, на которой относительная просадочность e_sl от давления p_i равна 0,01.

6.1.17 Для расчета просадки грунта от нагрузки фундамента просадочную толщу разбивают на отдельные слои h_i в соответствии с литологическим разрезом и горизонтами определения e_sl,i. При этом толщина слоев должна быть не более 2 м, а изменение суммарного напряжения в пределах каждого слоя не должно превышать 200 кПа.

При расчете просадок по формуле (6.1) учитывают только слои грунта, относительная просадочность которых при фактическом напряжении e_sl ³ 0,01. Слои, в которых e_sl < 0,01, исключают из рассмотрения. Указанные требования относятся и к расчету максимальной просадки грунта от собственного веса по формуле (6.1).

6.1.18 Возможную просадку грунта от собственного веса s'_sl,g, см, при замачивании сверху малых площадей (ширина замачиваемой площади В_w меньше размера просадочной толщи H_sl) определяют по формуле

(6.4)

где s_sl,g - максимальное значение просадки грунта от собственного веса, см, определяемое в соответствии с 6.1.11.

6.1.19 При проектировании оснований, сложенных просадочными грунтами, в случае их возможного замачивания (см. 6.1.2, а) должны предусматриваться мероприятия, исключающие или снижающие до допустимых пределов просадки оснований и (или) уменьшающие их влияние на эксплуатационную надежность сооружений в соответствии с 6.1.21, 6.1.22.

а - просадка от собственного веса s_sl,g отсутствует (не превышает 5 см), возможна только просадка от внешней нагрузки s_sl,p в верхней зоне просадки h_sl,p (I тип грунтовых условий); б, в, г - возможна просадка от собственного веса s_sl,g в нижней зоне просадки h_sl,g начиная с глубины z_g (II тип грунтовых условий); б - верхняя и нижняя зоны просадки не сливаются, имеется нейтральная зона h_п; в - верхняя и нижняя зоны просадки сливаются; г - просадка от внешней нагрузки отсутствует; 1 - вертикальные напряжения от собственного веса грунта s_zg: 2 - сумммарные вертикальные напряжения от внешней нагрузки и собственного веса грунта s_z = s_zp + s_zg; 3 - изменение с глубиной начального просадочного давления p_sl; H_sl - толщина слоя просадочных грунтов (просадочная толща); d - глубина заложения фундамента
Рисунок 6.1 - Схемы к расчету просадок основания фундаментов

В случае невозможности замачивания основания в течение всего срока эксплуатации сооружения (с учетом его возможной реконструкции) просадочные свойства грунтов допускается не учитывать, однако в расчетах должны использоваться физико-механические характеристики грунтов, соответствующие установившейся влажности (см. 6.1.7).

6.1.20 Расчет просадки в грунтовых условиях I типа не производят, если в пределах всей просадочной толщи сумма вертикальных напряжений от внешней нагрузки и от собственного веса грунта не превышает начальное просадочное давление p_sl.

6.1.21 При возможности замачивания грунтов основания (см. 6.1.2) следует предусматривать:

а) устранение просадочных свойств грунтов в пределах всей просадочной толщи (см. 6.1.22);

б) прорезку просадочной толщи фундаментами, в том числе свайными и массивами из закрепленного грунта (см. 6.1.23);

в) комплекс мероприятий, включающий частичное устранение просадочных свойств грунтов, водозащитные и конструктивные мероприятия, указанные в разделе 5.9.

В грунтовых условиях II типа наряду с устранением просадочных свойств грунтов или прорезкой просадочной толщи фундаментами глубокого заложения должны предусматриваться водозащитные мероприятия, а также соответствующая компоновка генплана.

Выбор мероприятий должен производиться с учетом типа грунтовых условий, вида возможного замачивания, расчетной просадки, взаимосвязи проектируемых сооружений с сооружениями окружающей застройки в соответствии с требованиями 4.2.

6.1.22 Устранение просадочных свойств грунтов достигается:

а) в пределах верхней зоны просадки или ее части - уплотнением тяжелыми трамбовками, устройством грунтовых подушек, вытрамбовыванием котлованов, в том числе с устройством уширения из жесткого материала (бетона, щебня, песчано-гравийной смеси), химическим или термическим закреплением;

б) в пределах всей просадочной толщи - глубинным уплотнением грунтовыми сваями, предварительным замачиванием грунтов основания, в том числе с глубинными взрывами, химическим или термическим закреплением.

6.1.23 При проектировании заглубленных фундаментов следует учитывать:

в грунтовых условиях I типа - сопротивление грунта по боковой поверхности фундаментов;

в грунтовых условиях II типа - негативное трение грунта по боковой поверхности фундаментов, возникающее при просадке грунтов от собственного веса.

Набухающие грунты

6.2.1 Основания, сложенные набухающими грунтами, должны проектироваться с учетом способности таких грунтов при повышении влажности увеличиваться в объеме - набухать. При последующем понижении влажности у набухающих грунтов происходит обратный процесс - усадка.

Необходимо учитывать, что способностью набухать при увеличении влажности обладают некоторые виды шлаков (например, шлаки электроплавильных производств), а также обычные глинистые грунты (не набухающие при увеличении влажности), если они замачиваются химическими отходами производств (например, растворами серной кислоты).

Возможность набухания шлаков при их увлажнении и глинистых грунтов при замачивании химическими отходами производств устанавливают опытным путем в лабораторных или полевых условиях.

6.2.2 Набухающие грунты характеризуются относительным набуханием при заданном давлении e_sw, давлением набухания p_sw, влажностью набухания w_sw, и относительной усадкой при высыхании e_sh.

Указанные характеристики определяют в соответствии с 6.2.7, 6.2.10 и 6.2.16.

6.2.3 При проектировании оснований, сложенных набухающими грунтами, следует учитывать возможность:

набухания грунтов за счет подъема уровня подземных вод или инфильтрации - увлажнения грунтов производственными или поверхностными водами;

набухания грунтов за счет накопления влаги под сооружениями в ограниченной по глубине зоне вследствие нарушения природных условий испарения при застройке и асфальтировании территории (экранирование поверхности);

набухания и усадки грунта в верхней части зоны аэрации - за счет изменения водно-теплового режима (сезонных климатических факторов);

усадки за счет высыхания от воздействия тепловых источников.

Примечание - При проектировании заглубленных мастей сооружений необходимо учитывать горизонтальное давление, возникающее при набухании и усадке грунтов.

6.2.4 Горизонтальное давление p_h, кПа, определяют по формуле

p_h = g_ck_swp_max,h, (6.5)

где g_c - коэффициент условий работы, равный 0,85;

k_sw - коэффициент, зависящий от интенсивности набухания и принимаемый по таблице 6.1;

p_max,h - максимальное горизонтальное давление, определяемое в лабораторных условиях, кПа.

Таблица 6.1

6.2.5 Основания, сложенные набухающими грунтами, должны рассчитываться в соответствии с требованиями раздела 5.

Деформации основания в результате набухания или усадки грунта должны определяться путем суммирования деформаций отдельных слоев основания согласно 6.2.9, 6.2.15.

При определении деформаций основания осадка его от внешней нагрузки и возможная осадка от уменьшения влажности набухающего грунта должны суммироваться. Подъем основания в результате набухания грунта определяют в предположении, что осадки основания от внешней нагрузки стабилизировались.

Предельные значения деформаций основания фундаментов, вызываемых набуханием (усадкой) грунтов, допускается принимать в соответствии с указаниями приложения Д с учетом требований 5.6.50.

6.2.6 При расчете оснований из набухающих грунтов должны применяться характеристики грунтов при их природной плотности и влажности. При расчете оснований из набухающих грунтов после их предварительного замачивания используют характеристики грунта в замоченном состоянии.

Расчетное сопротивление грунтов оснований, сложенных набухающими грунтами, вычисляют по формуле (5.7). При этом рекомендуется учитывать допустимость его повышения согласно указаниям 5.6.24, что будет способствовать уменьшению подъема фундамента при набухании грунта.

6.2.7 Относительное набухание e_sw, давление набухания p_sw и относительную усадку e_sh определяют по результатам лабораторных испытаний (ГОСТ 24143) с учетом указанных в 6.2.3 причин набухания или усадки. Эти характеристики могут быть получены также по данным полевых испытаний грунтов штампом.

6.2.8 Нормативные значения характеристик e_sw и e_sh набухающих грунтов вычисляют как средние значения результатов их определений (ГОСТ 20522). Расчетные значения этих характеристик допускается принимать равными нормативным (g_g = 1).

6.2.9 Подъем основания при набухании грунта h_sw, см, определяют по формуле

(6.6)

где e_sw,i - относительное набухание грунта i-го слоя, определяемое в соответствии с 6.2.10;

h_i - толщина i-го слоя грунта, см;

k_sw.i - коэффициент, определяемый в соответствии с 6.2.12;

п - число слоев, на которое разбита зона набухания грунта.

6.2.10 Относительное набухание грунта при инфильтрации влаги определяют по формуле

e_sw = (h_sat – h_n)/h_n, (6.7)

где h_n - высота образца, см, природной влажности и плотности, обжатого без возможности бокового расширения давлением р, равным суммарному вертикальному напряжению на рассматриваемой глубине (значение определяют в соответствии с 6.2.13);

h_sat - высота того же образца, см, после замачивания до полного водонасыщения и обжатого в тех же условиях.

По результатам испытаний образцов грунта при различном давлении строят зависимости e_sw = f(p) и w_sw = f(p) и определяют давление набухания p_sw, соответствующее e_sw = 0.

При экранировании поверхности и изменении водно-теплового режима относительное набухание e_sw определяют по формуле

e_sw = k(w_eq – w₀)/(1 + е₀), (6.8)

где k - коэффициент, определяемый опытным путем (при отсутствии опытных данных принимают равным 2);

w_eq - конечная (установившаяся) влажность грунта, доли единицы, определяемая по 6.2.11;

w₀ и е₀ - соответственно начальные значения влажности и коэффициента пористости грунта, доли единицы.

6.2.11 Значение w_eq i-го слоя при экранировании поверхности определяют по экспериментальной зависимости влажности набухания от нагрузки w_sw = f(p) при давлении p_i, кПа, вычисляемом по формуле

p_i = g_w(z – z_i + 2s_tot,i/g_i), (6.9)

где g_w - удельный вес воды, кН/м³;

z - расстояние от экранируемой поверхности до уровня подземных вод;

z_i - глубина залегания рассматриваемого слоя, м;

s_tot,i - суммарное напряжение в рассматриваемом i-м слое, кПа;

g_i - удельный вес грунта i-го слоя, кН/м³.

Значение (w_eq - w₀) в формуле (6.8) при изменении водно-теплового режима определяют как разность между наибольшим (в период максимального увлажнения) и наименьшим (в период максимального подсыхания) значениями влажности грунта. Коэффициент пористости в этом случае принимают для влажности грунта, отвечающей периоду максимального подсыхания. Профиль влажности массива для случая максимального увлажнения и подсыхания определяют экспериментальным путем в полевых условиях.

6.2.12 Коэффициент k_sw, входящий в формулу (6.6), в зависимости от суммарного вертикального напряжения s_z,tot на рассматриваемой глубине принимают равным 0,8 при s_z,tot = 50 кПа и k_sw = 0,6 при s_z,tot = 300 кПа, а при промежуточных значениях определяют интерполяцией.

6.2.13 Суммарное вертикальное напряжение s_z,tot, кПа, на глубине z от подошвы фундамента (см. рисунок 6.2) определяют по формуле

s_z,tot = s_zp + s_zg + s_z,ad, (6.10)

где s_zp, s_zg - вертикальные напряжения соответственно от нагрузки фундамента и от собственного веса грунта, кПа;

s_z,ad - дополнительное вертикальное давление, кПа, вызванное влиянием веса неувлажненной части массива грунта за пределами площади замачивания, определяемое по формуле

s_z,ad = k_gg(d + z), (6.11)

здесь k_g - коэффициент, принимаемый по таблице 6.2.

g - удельный вес грунта, кН/м³;

(d + z) - см. рисунок 6.2.

6.2.14. Нижнюю границу зоны набухания H_sw, см (см. рисунок 6.2):

а) при инфильтрации влаги принимают на глубине, где суммарное вертикальное напряжение s_z,tot, (см. 6.2.13) равно давлению набухания р_sw;

б) при экранировании поверхности и изменении водно-теплового режима определяют опытным путем (при отсутствии опытных данных принимают равной 5 м).

При наличии подземных вод нижнюю границу зоны набухания принимают на 3 м выше начального уровня подземных вод, но не ниже установленного в позиции а.

Рисунок 6.2 - Схема к расчету подъема основания при набухании грунта

Таблица 6.2

6.2.15 Осадку основания в результате высыхания набухшего грунта s_sh, см, определяют по формуле

(6.12)

где e_sh,i - относительная линейная усадка грунта i-го слоя, определяемая в соответствии с 6.2.16;

h_i - толщина i-го слоя грунта, см;

k_sh - коэффициент, принимаемый равным 1,3;

п - число слоев, на которое разбита зона усадки грунта, принимаемая в соответствии с 6.2.17.

Допускается принимать e_sh,i, определяемую без нагрузки, при этом k_sh = 1,2.

6.2.16 Относительную линейную усадку грунта при его высыхании e_sh, определяют по формуле

e_sh = (h_n - h_d)/h_n, (6.13)

где h_n - высота образца грунта, см, после его максимального набухания при обжатии его суммарным вертикальным напряжением без возможности бокового расширения;

h_d - высота образца, см, в тех же условиях после уменьшения влажности в результате высыхания.

6.2.17 Нижнюю границу зоны усадки H_sh определяют экспериментальным путем, а при отсутствии опытных данных принимают равной 5 м.

При высыхании грунта в результате теплового воздействия технологических установок нижнюю границу зоны усадки H_sh определяют опытным путем или соответствующим расчетом.

6.2.18 При расчетных деформациях основания, сложенного набухающими грунтами, больше предельных или недостаточной несущей способности основания должны предусматриваться следующие мероприятия в соответствии с подразделом 5.9:

водозащитные мероприятия;

предварительное замачивание основания в пределах всей или части толщи набухающих грунтов;

применение компенсирующих песчаных подушек;

полная или частичная замена слоя набухающего грунта ненабухающим;

полная или частичная прорезка фундаментами слоя набухающего грунта.

6.2.19 Глубину предварительного замачивания, толщину частично заменяемого слоя набухающего грунта или частичной его прорезки назначают в зависимости от требуемого снижения деформаций от набухания.

6.2.20 При возведении фундаментов на предварительно замоченном основании из набухающих грунтов следует предусматривать устройство подушек из песка, щебня или гравия либо упрочнение верхнего слоя грунта связующими материалами.

6.2.21 Компенсирующие песчаные подушки устраивают на кровле или в пределах слоя набухающих грунтов при давлении, передаваемом на основание, не менее 0,1 МПа.

Для устройства подушек применяют пески любой крупности, за исключением пылеватых, уплотняемые до плотности в сухом состоянии не менее 1,6 т/м³.

Компенсирующие песчаные подушки устраивают только под ленточные фундаменты, когда их ширина не превышает 1,2 м. Размеры подушки назначают по таблице 6.3.

Таблица 6.3

6.2.22 Уменьшение подъема фундамента на естественном основании из набухающих грунтов может обеспечиваться путем анкеровки фундамента с помощью свай, частично или полностью прорезающих набухающий слой. При этом нагрузка, передаваемая сооружением, воспринимается совместно фундаментом и сваями, а предельные деформации (осадки, подъемы) этой конструкции не должны превышать предельных значений.

6.2.23 К числу конструктивных мероприятий относят увеличение жесткости и прочности сооружения путем разбивки его на отдельные отсеки осадочными швами. Отсек должен иметь правильную геометрическую форму в плане и одинаковую высоту. Увеличение жесткости и прочности достигается также введением железобетонных непрерывных поясов толщиной не менее 15 см, устраиваемых по высоте в нескольких уровнях. Пояса следует армировать каркасами, располагаемыми на уровне перекрытий или верха проема и полностью перекрывающими наружные стены. Пояса предусматривают при частичной прорезке набухающих грунтов; частичной замене набухающего грунта ненабухающим; устройстве компенсирующих подушек; предварительном замачивании набухающих грунтов.

6.2.24 Замену набухающего грунта производят местным ненабухающим грунтом, уплотняемым до заданной плотности. Проектирование оснований сооружений в этом случае должно выполняться как на обычных ненабухающих грунтах.

6.2.25 Допускается использовать набухающие грунты для обратной засыпки пазух и траншей при условии, что горизонтальное давление, вызванное их увлажнением, окажется допустимым для данного сооружения, а возможный подъем грунта засыпки не приведет к ухудшению условий эксплуатации. Уплотнение грунтов производят в соответствии с требованиями, принятыми для устройства грунтовых подушек и обратных засыпок из обычных грунтов.

Засоленные грунты

6.3.1 Основания, сложенные засоленными грунтами, должны проектироваться с учетом их особенностей, обусловливающих:

образование при длительной фильтрации воды и выщелачивании солей суффозионной осадки s_sf;

изменение в процессе выщелачивания солей физико-механических свойств грунта, сопровождающееся, как правило, снижением его прочностных характеристик;

повышенную агрессивность подземных вод к материалам подземных конструкций за счет растворения солей, содержащихся в грунте.

Следует также иметь в виду, что в засоленных грунтах при их замачивании могут проявляться просадка или набухание.

Примечание - Отнесение грунтов к засоленным и их подразделение в зависимости от суммарного содержания легко- и среднерастворимых солей по степени засоленности следует производить по ГОСТ 25100.

6.3.2 Засоленные грунты характеризуют относительным суффозионным сжатием e_sf и начальным давлением суффозионного сжатия p_sf.

Значения e_sf и p_sf определяют, как правило, лабораторными методами (компрессионно-фильтрационные испытания), а для детального изучения отдельных участков строительной площадки - полевыми испытаниями статической нагрузкой с длительным замачиванием основания. При наличии результатов полевых испытаний и опыта строительства в аналогичных инженерно-геологических условиях указанные характеристики допускается определять только лабораторными методами.

Значения e_sf и p_sf определяют в соответствии с 6.3.14.

6.3.3 Для предварительных расчетов суффозионной осадки основания сооружений I и II уровней ответственности и для окончательных расчетов сооружений III уровня ответственности допускается определять значение относительного суффозионного сжатия e_sf глинистых загипсованных грунтов по формуле (6.14), если они представлены:

суглинками с w = 0,02-0,04; I_L = 0,08-0,12; r_d = 1,2-1,6 г/см³; е = 0,75-1,1;

супесями с w = 0,01-0,03; I_L = 0,03-0,07; r_d = 1,4-1,45 г/см³; е = 0,9-1,0.

e_sf = k₁d₀r_dbⁿ/r_g, (6.14)

где k₁ - коэффициент, зависящий от вида грунта, содержания гипса и давления и принимаемый по таблице 6.4;

d₀ - начальное содержание гипса в грунте, доли единицы;

r_d - начальная плотность сухого грунта, г/см³;

r_g - плотность частиц гипса, г/см³;

b - степень выщелачивания, доли единицы;

п - коэффициент, принимаемый для суглинков равным 1, для супесей - 1/3.

Таблица 6.4

6.3.4 Нормативные значения характеристик засоленных грунтов e_sf и p_sf вычисляют как средние значения результатов их определений (ГОСТ 20522). Расчетные значения допускается принимать равными нормативным (g_g = 1).

6.3.5 Расчет оснований, сложенных засоленными грунтами, должен производиться в соответствии с требованиями раздела 5. Если засоленные грунты являются просадочными или набухающими, следует учитывать соответственно требования подразделов 6.1 и 6.2.

6.3.6 Расчетное сопротивление R основания, сложенного засоленными грунтами, при возможности длительного замачивания грунтов и выщелачивания солей определяют по формуле (5.7) с использованием расчетных значений прочностных характеристик (j_II и c_II), полученных для грунтов в водонасыщенном состоянии после выщелачивания солей.

При невозможности длительного замачивания грунтов и выщелачивания солей значение R следует определять по формуле (5.7) с использованием прочностных характеристик, полученных для засоленных грунтов в водонасыщенном состоянии.

При вычислении R для частично или полностью выщелоченных грунтов коэффициент условий работы грунтового основания g_с1 в формуле (5.7) для загипсованных суглинков с начальным содержанием гипса d₀ £ 20 % принимают равным 1,1, а для суглинков с d₀ > 20 % и для всех загипсованных супесей g_сl = 1.

Коэффициент условий работы сооружения g_с2 во взаимодействии с основанием в формуле (5.7) для всех засоленных грунтов принимают равным единице.

Коэффициент k в формуле (5.7) принимают равным единице при определении прочностных характеристик засоленных грунтов в лабораторных условиях в приборах трехосного сжатия и в полевых условиях методом сдвига целика и k = 1,1 при определении этих характеристик в лабораторных условиях в приборах одноплоскостного среза и по таблицам приложения Б.

6.3.7 Деформации основания фундаментов определяют суммированием осадки основания при природной влажности от внешней нагрузки (см. подраздел 5.6) и суффозионной осадки, а также просадки, набухания или усадки, если засоленные грунты являются просадочными или набухающими.

При невозможности длительного замачивания грунтов и выщелачивания солей деформации основания фундаментов определяют в соответствии с подразделом 5.6 исходя из деформационных характеристик засоленных грунтов при полном водонасыщении.

6.3.8 Максимальные и средние суффозионные осадки, разность осадок и крены отдельных фундаментов и сооружения в целом необходимо рассчитывать с учетом неравномерности замачивания основания, схемы фильтрационного потока в пределах отдельного фундамента или контура сооружения, неоднородности распределения солей в грунте по площади и по глубине основания.

6.3.9 Расчет суффозионной осадки основания, сложенного глинистыми грунтами с легкорастворимыми солями и загипсованными песками, следует выполнять в пределах зоны, условно офаниченной глубиной сжимаемой толщи Н_с, определяемой согласно 5.6.41. При этом принимают, что в пределах сжимаемой толщи грунты подвергаются полному рассолению, т.е. степень выщелачивания b, определяемая по ГОСТ 12248, равна единице.

6.3.10. При расчете суффозионных осадок оснований, сложенных загипсованными глинистыми грунтами, принимают, что:

длина зоны, в пределах которой возможно выщелачивание гипса (выщелачиваемая зона H_l), ограничена условием предельного насыщения гипсом фильтрующей жидкости;

в процессе фильтрации происходит развитие выщелачиваемой зоны, т.е. увеличивается ее длина и уменьшается содержание гипса в грунте в направлении движения фильтрационного потока;

суффозионные осадки основания происходят только в пределах выщелачиваемой зоны.

6.3.11 При расчете суффозионных осадок основания, сложенного загипсованными глинистыми грунтами, следует различать две схемы фильтрационного потока в основании фундамента (см. рисунок 6.3).

1 - вертикальная фильтрация; 2 - горизонтальная фильтрация в слое ограниченной толщины
Рисунок6.3 - Схемы замачивания фундаментов

При расчете суффозионных осадок основания по схеме 1 сначала следует определить состояние выщелачиваемой зоны H_l, т.е. ее длину и распределение в ней гипса в расчетный момент времени (например, через 5, 10 лет и так далее после начала эксплуатации сооружения). Для этого необходимо выделить слои с различным содержанием гипса (см. рисунок 6.4). При этом начальное распределение гипса в грунте представляется в виде ступенчатой эпюры d₀(z). Выделенные слои разбивают на более мелкие, толщиной 0,5 м, для которых производят расчет процесса рассоления.

1 - границы слоев с различным содержанием гипса; 2 - границы расчетных слоев; 3 - расчегный слой; 4 - направление фильтрации; 5 - начальная эпюра относительного содержания гипса d₀(z)
Рисунок 6.4 - Схема для расчета рассоления основания при вертикальной фильтрации

Если основание сложено однородным грунтом, то начальное содержание гипса принимают постоянным в пределах выщелачиваемой зоны d₀(z) = const, а вся зона разбивается на слои по 0,5 м.

После разбивки основания на слои следует последовательно в каждом слое, начиная с верхнего, определить количество оставшегося в твердой фазе гипса в расчетный момент времени. При этом слой, в котором содержание гипса будет равно начальному, является нижней границей выщелачиваемой зоны H_l. Для нижележащих слоев расчет растворения гипса производить не следует.

6.3.12 При расчете суффозионных деформаций основания, сложенного загипсованными глинистыми грунтами, при фильтрации по схеме 1 (см. рисунок 6.3) зона суффозионной осадки в основании фундамента ограничивается глубиной H_с, где суммарные вертикальные напряжения от нагрузки фундамента и собственного веса грунта равны начальному давлению суффозионного сжатия р_sf.

Если на расчетный момент времени H_l £ Н_c, расчет суффозионной осадки следует производить только в пределах выщелачиваемой зоны H_l. При H_l > Н_с расчет осадки необходимо выполнять в пределах сжимаемой толщи Н_с. Глубину Н_с принимают за границу сжимаемой толщи (см. рисунок 6.5).

Рисунок 6.5 - Схема для расчета суффозионной осадки засоленного грунта при вертикальной фильтрации

6.3.13 Суффозионную осадку основания s_sf, см, сложенного засоленными грунтами, при вертикальной фильтрации (см. рисунок 6.3) определяют по формуле

(6.15)

где e_sf,i - относительное суффозионное сжатие грунта i-го слоя при давлении р, равном суммарному вертикальному напряжению на рассматриваемой глубине от внешней нагрузки s_zp и собственного веса грунта s_zg, определяемое по 6.3.14;

h_i - толщина i-го слоя засоленного грунта, см;

п - число слоев, на которое разбита зона суффозионной осадки засоленных грунтов.

Значение s_sf определяют в пределах зон, устанавливаемых по 6.3.9, 6.3.12.

6.3.14 Относительное суффозионное сжатие e_sf при компрессионно-фильтрационных испытаниях (ГОСТ 12248) определяют по формуле

e_sf = (h_sat,p - h_sf,p)/h_ng, (6.16)

где h_sat,p - высота образца грунта после замачивания (полного водонасыщения) при давлении р = s_zp + s_zg;

h_sf,p - высота того же образца после длительной фильтрации воды и выщелачивания солей при давлении р;

h_ng - высота того же образца природной влажности при давлении р₁ = s_zg.

Начальное давление суффозионного сжатия p_sf соответствует давлению, при котором e_sf = 0,01.

Значения e_sf и p_sf могут быть определены также при полевых испытаниях грунтов штампом с длительным замачиванием грунтов (ГОСТ 20276).

6.3.15 Деформации оснований при фильтрации по схеме 2 (см. рисунок 6.3) следует рассчитывать с учетом развития во времени выщелачиваемой зоны в горизонтальном направлении и неоднородности деформационных свойств грунтов основания в пределах площади фундамента или контура сооружения.

Как и при фильтрации по схеме 1 (см. рисунок 6.3) необходимо установить состояние выщелачиваемой зоны в основании фундамента на расчетный момент времени (ее длину и распределение в ней гипса). Для установленного состояния выщелачиваемой зоны следует определить осадку сторон фундамента и его крен.

Начальное содержание гипса в грунте принимают постоянным (d₀ = const) как по глубине загипсованной толщи, так и по площади фундамента и в его окрестности (см. рисунок 6.6) и равным среднему значению загипсованности толщи.

Разбивку основания на вертикальные слои шириной по 0,5 м следует производить в пределах от z = 0 (источник замачивания) до z = l + 2L + 1, где l - расстояние до фундамента, a 2L - ширина фундамента. Направление формирования и перемещения выщелачиваемой зоны принимают горизонтальным.

1 - входной участок фильтрационного потока; 2 - направление фильтрации; 3 - расчетный слой; 4 – границы расчетных слоев
Рисунок6.6 - Схема для расчета рассоления основания при горизонтальной фильтрации

6.3.16. Для расчета осадок сторон фундамента при фильтрации по схеме 2 (см. рисунок 6.3) рекомендуется применять метод расчета конструкций на основании, характеризующемся переменным коэффициентом постели. Расчетная схема предусматривает наличие двух участков в основании фундамента (см. рисунок 6.7), где участок 1 равен длине выщелачиваемой зоны. Коэффициент постели на этом участке изменяется от c_min под одной стороной фундамента, ближайшей к источнику замачивания, до с_mах на границе выщелачиваемой зоны. Участок 2 равен длине невыщелоченной зоны. Коэффициент постели на этом участке постоянен и равен с_mах.

Рисунок 6.7 - Схема для расчета деформаций засоленного грунта при горизонтальной фильтрации

6.3.17 При расчетных деформациях основания, сложенного засоленными грунтами, больше предельных или недостаточной несущей способности основания должны предусматриваться следующие мероприятия в соответствии с подразделом 5.9:

водозащитные;

конструктивные;

частичная или полная срезка засоленных грунтов с устройством подушки из глинистых грунтов;

прорезка толщи засоленных грунтов фундаментами, в том числе свайными;

закрепление, уплотнение или нейтрализация (насыщение грунтов растворами, исключающими растворение солей) грунтов;

предварительное рассоление грунтов;

комплекс мероприятий, включающий водозащитные и конструктивные мероприятия, а также устройство грунтовой подушки.

При устройстве подушки из глинистых грунтов в основании сооружений предельное содержание солей и степень уплотнения грунта должны устанавливаться по данным специальных исследований и зависят от передаваемых на основание нагрузок, свойств грунта, уровня ответственности и конструктивных особенностей сооружения, возможных условий замачивания основания.

При проектировании фундаментов в засоленных грунтах необходимо применять антикоррозионные мероприятия для защиты тела фундамента от агрессивного воздействия вод и грунтов.

Для сильно- и избыточно засоленных грунтов (ГОСТ 25100) рекомендуется применять:

прекращение или замедление движения фильтрационного потока (устройство водонепроницаемых завес: глинистых, силикатных, битумных, цементных);

снижение растворяющей способности подземных вод (искусственное водонасыщение фильтрационного потока солями).