Просадочные грунты
Особенности проектирования оснований сооружений, возводимых на специфических грунтах и в особых условиях
Примечания
1. Габариты приближения к строительным конструкциям подвижного технологического оборудования (мостовых кранов, лифтов и т.п.) должны обеспечивать их нормальную эксплуатацию с учетом возможных деформаций основания.
2. Для обеспечения нормальной эксплуатации лифтов многоэтажных зданий лифтовые шахты необходимо проектировать с учетом крена сооружения.
5.9.5. К мероприятиям, позволяющим уменьшить усилия в конструкциях сооружения при взаимодействии его с основанием, относятся:
а) размещение сооружения на площади застройки с учетом ее инженерно-геологического строения и возможных источников вредных влияний (линз слабых грунтов, старых горных выработок, карстовых полостей, внешних водоводов и т.п.);
б) применение соответствующих конструкций фундаментов (фундаментов с малой боковой поверхностью на подрабатываемых территориях, при наличии в основании пучинистых грунтов и др.);
в) засыпка пазух и устройство подушек под фундаментами из материалов, обладающих малым сцеплением и трением, применение специальных антифрикционных покрытий, отрывка временных компенсационных траншей для уменьшения усилий от горизонтальных деформаций оснований (например, в районах горных выработок);
г) регулирование сроков замоноличивания стыков сборных и сборно-монолитных конструкций;
д) обоснованная скорость и последовательность возведения отдельных частей сооружения;
е) устройство разделительных стенок между существующими и возводимым сооружением.
5.9.6. В случаях когда строительными мерами защиты и инженерной подготовки грунтов основания не исключаются деформации и крены сооружений, превышающие допустимые значения, основания следует проектировать с учетом мероприятий, снижающих осадки и крены, в том числе с применением выравнивания сооружения.
При проектировании сооружений с учетом возможности их выравнивания с помощью домкратов, а также при выравнивании эксплуатируемых сооружений следует выполнять расчет конструкций на воздействие неравномерных деформаций основания в стадии выравнивания. Расчетом на выравнивание необходимо проверить несущую способность и устойчивость конструкций фундаментов подвальной части зданий, воспринимающих сосредоточенную нагрузку от выравнивающих устройств, и глубину заложения фундаментов, включая проверку на устойчивость основания при передаче на него давления от выравнивающих устройств.
5.9.7. Регулирование напряженно-деформированного состояния грунта основания с целью уменьшения его деформируемости или повышения несущей способности может быть выполнено созданием принудительной деформации грунтов или приложением постоянно действующего давления в грунте следующими способами:
а) нагнетанием в ограниченный объем грунта твердеющего раствора (компенсационное нагнетание);
б) путем устройства в грунте пневматических конструкций, способных расширяться в грунте;
в) обжатием грунта атмосферным давлением (вакуумирование) и др.;
г) обжатием грунтов домкратами при выравнивании сооружений.
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 esl и начальным просадочным давлением psl. Указанные характеристики определяют в соответствии с 6.1.12, 6.1.14.
Нормативные значения esl и psl вычисляют как средние значения результатов их определений (ГОСТ 20522), а расчетные значения допускается принимать равными нормативным (gg = 1).
6.1.4. При проектировании оснований, сложенных просадочными грунтами, должны учитываться:
а) просадки от внешней нагрузки ssl,p, происходящие в пределах верхней зоны просадки hsl,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 ssl,g, происходящие в нижней зоне просадки hsl,g, начиная с глубины, где суммарные вертикальные напряжения превышают начальное просадочное давление psl или сумма вертикальных напряжений от собственного веса грунта и внешней нагрузки минимальна, и до нижней границы просадочной толщи;
в) неравномерность просадки грунтов Dssl;
г) горизонтальные перемещения основания usl 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 esl 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 Bw равна или превышает толщину слоя просадочного грунта - просадочную толщу Hsl) и замачивании снизу за счет подъема уровня подземных вод полностью проявляется просадка от собственного веса ssl,g а при замачивании сверху малых площадей (Bw < Hsl) 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 > wp, и влажности на границе раскатывания wp, если w < wp.
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 psl 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 (jп и сп) 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 gс1и gc2 принимают по таблице 5.4 как для глинистых грунтов с показателем текучести IL > 0,5, а при невозможности замачивания - с показателем текучести IL £ 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 psl.
6.1.11. Просадку грунтов основания ssl, 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 esl,i - относительная просадочность i-го слоя грунта, определяемая в соответствии с 6.1.12;
hi - толщина i-го слоя, см;
ksl,i - коэффициент, определяемый в соответствии с 6.1.13;
n - число слоев, на которое разбита зона просадки hsl, принимаемое в соответствии с 6.1.17.
6.1.12. Относительную просадочность грунта esl определяют на основе испытаний грунта в лабораторных условиях (ГОСТ 23161) по формуле
(6.2)
где hn,p и hsat,p - высота образца, см, соответственно природной влажности и после его полного водонасыщения (w = wsat) при давлении p, кПа, равном вертикальному напряжению на рассматриваемой глубине от внешней нагрузки и собственного веса грунта p = szp + szg при определении просадки грунта в верхней зоне просадки; при определении просадки грунта в нижней зоне просадки также учитывают дополнительную нагрузку от сил негативного трения;
hn,g - высота, см, того же образца природной влажности при р = szg.
Значение esl может быть определено также в полевых условиях по испытаниям грунта штампом с замачиванием (ГОСТ 20276).
6.1.13. Коэффициент ks,i, входящий в формулу (6.1), при b ³ 1,2 м принимают равным единице для всех слоев грунта в пределах зоны просадки; при b £ 3 м вычисляют по формуле
ksl,i = 0,5 + 1,5(p - psl,i)/p0, (6.3)
где p - среднее давление под подошвой фундамента, кПа;
psl,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 ksl,i определяют интерполяцией.
При определении просадки грунта от собственного веса следует принимать ksl = 1 при Hsl £ 15 м и ksl = 1,25 при Hsl ³ 20 м, при промежуточных значениях Hsl коэффициент ksl определяют интерполяцией.
6.1.14. За начальное просадочное давление psl принимают давление, соответствующее:
при лабораторных испытаниях грунтов в компрессионном приборе (ГОСТ 23161) - давлению, при котором относительная просадочность esl 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 hsl принимают равной (см. рисунок 6.1):
толщине верхней зоны просадочной толщи hsl,p при определении просадки грунта от внешней нагрузки ssl,р (см. 6.1.4), при этом нижняя граница указанной зоны соответствует глубине, где sz = szp + szg = psl (см. рисунок 6.1 а, б), или глубине, где значение sz минимально, если sz,min > psl (см. рисунок 6.1, в);
толщине нижней зоны просадочной толщи hsl,g при определении просадки грунта от собственного веса ssl,g (см. 6.1.4, 6.1.5), т.е. начиная с глубины zg, где sz = psl, или значение sz минимально, если sz,min > psl, 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 esl от давления pi равна 0,01.
6.1.17. Для расчета просадки грунта от нагрузки фундамента просадочную толщу разбивают на отдельные слои hi в соответствии с литологическим разрезом и горизонтами определения esl,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 esl ³ 0,01. Слои, в которых esl < 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 
, см, при замачивании сверху малых площадей (ширина замачиваемой площади Bw меньше размера просадочной толщи Hsl) определяют по формуле
0127S10-05936
(6.4)
где ssl,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.
0127S10-05936
а - просадка от собственного веса ssl,g отсутствует (не превышает 5 см), возможна только просадка от внешней нагрузки ssl,p в верхней зоне просадки hsl,p (I тип грунтовых условий); б, в, г - возможна просадка от собственного веса ssl,g в нижней зоне просадки hsl,g начиная с глубины zg (II тип грунтовых условий); б - верхняя и нижняя зоны просадки не сливаются, имеется нейтральная зона hn; в - верхняя и нижняя зоны просадки сливаются; г - просадка от внешней нагрузки отсутствует; 1 - вертикальные напряжения от собственного веса грунта szg; 2 - суммарные вертикальные напряжения от внешней нагрузки и собственного веса грунта sz = szp + szg; 3 - изменение с глубиной начального просадочного давления psl; Hsl -толщина слоя просадочных грунтов (просадочная толща); d - глубина заложения фундамента