Фундаменты структурно неустойчивых грунтов

том числе, где это возможно, свайными);
2. полная или частичная замена структурно-неустойчивого грунта песком,

гравием, щебнем и др.;

3. уплотнение грунтов временной или постоянной пригрузкой основания

сооружения или всей площади строительства насыпным (намывным)

грунтом или другим материалом (с устройством фильтрующего слоя или

дрен);
4. закрепление илов буросмесительным способом;
5. устройство фундаментов (столбчатых, ленточных и т. п.) на песчаной,

гравийной, щебеночной подушке или на предварительно уплотненной

подсыпке из местного материала;
6. устройство зданий и сооружений на плитных фундаментах, перекрестных

монолитных или сборно-монолитных лентах и т. п. с конструктивными

мероприятиями по повышению пространственной жесткости здания

(устройство замкнутых поясов жесткости, армированных швов и т. д.);
7. устройство осадочных швов.
(Осадочные швы устраиваются в разных фундаментах, температурные – в одном).

Рисунок 10.11. Размещение ж/б поясов (а) и армированных швов (б) в стенах здания

Рисунок 10.12. Размещение ж/б поясов в подвальной части зданий, устраиваемых на сильносжимаемых грунтах:

1 — по верху фундамента; 2 — на уровне цокольной части

Рисунок 10.14. Авария здания построенного на сильно сжимаемом основании:

1- подсыпка, устроенная перед укладкой пола; 2 — стык; 3 — пол без стыков; 4 — подсыпка; 5 — затяжка; 6 — фундаменты на подсыпке, устроенная на слабом иле; 7- сваи, которые не достигали прочного слоя; 8 — песок и мелкий гравий; 9 — мягкий мергель; 10 — плотный мергель; 11- пол; 12 — пол без стыков, соединенный с фундаментами трибун и затяжками арок; 13 — пол, опирающийся на ранд балки фасада; 14 — фундамент трибуны

Пригрузка выполняется с целью исключения выпора слабого грунта, в пределах призмы выпирания. Чаще всего используют при устройстве насыпей.
Пригрузки, устраиваемые путем отсыпки грунта, повышают устойчивость основания насыпи. Этого же достигают армированием нижних слоев насыпи стальными стержнями или укладкой на основании технической негниющей ткани.
Применение шпунтового огражденияоснования (для исключения выпора грунта из-под фундамента в стороны)устраивается следующим образом: в толщу слабых грунтов в относительно плотный грунт забивают шпунт с заделкой его в фундаментную плиту, под который устраивают дренирующую песчаную подсыпку. Такое решение возможно под сооружениями, допускающими значительную осадку.

Для сокращения расстояния движения отжимаемой воды из глинистого слоя, и, следовательно, уменьшения времени уплотнения грунтов основания применяют вертикальные песчаные дрены. Их выполняют на глубину до 20 м на расстоянии 2,5 м друг от друга Æ 400… 600 мм (0,4…0,6 м). План расположения, их сечение и шаг определяются расчетом. Дрены объединяются поверху песчаной подушкой толщиной 0,6… 1 м, которая служит горизонтальным дренажем для отвода отжатой поровой воды из вертикальных песчаных дрен. Для отжатия воды в песчаные дрены устраивают пригрузочную насыпь.
Песчаные дрены выполняют путем погружения с помощью башенных копров пустотелых цельнотянутых металлических труб Æ 420… 600 мм (0,42… 0,6 м) с самораскрывающимся или железобетонным башмаком, оставляемым в грунте. По мере извлечения труб производят засыпку скважин песком.

Рисунок 10.15. Вертикальные; песчаные дрены:

1- плотный грунт; 2 — насыпь; 3 — песчаная подушка; 4 — дрены

Дрены из искусственных материаловприменяют в районах, где отсутствуют песчаные грунты для устройства вертикальных песчаных дрен.
В ряде случаев применение дрен из искусственным материалов является более экономичным, чем устройство песчаных дрен (добыча большого объема песка и транспортировке его на большие расстояния, устройство вкладов песка на стройплощадке, устройство самих дрен и т. д.)
Картонные дреныизготавливают из непроклеенного картона поперечным сечением 3 х 100 мм и площадью поперечного сечения проходящих внутренних каналов 3 мм 2 . Картон пропитывают раствором солей мышьяка. Коэффициент фильтрации картонной дрены из пропитанного картона составляет 10 – 3 … 10 -1 , что в 100… 1000 раз больше коэффициентов фильтрации большинства слабых водонасыщенных глинистых грунтов основания.

Картонные дрены изготавливают в виде сплошных лент длиной 400 м с массой 1 м дрены 200 г. Они легко наматываются на барабаны и могут доставляться в собранном виде на значительные расстояния.

Рисунок 10.16. Картонные дрены

Песчаные сваиизготовляются путем забивки в грунт металлической трубы с закрытым концом с последующим заполнением уплотненным песчаным грунтом. Вокруг ствола сваи получается уплотненная зона слабого грунта. При Æ сваи 0,4…0,5 м образуется зона уплотненного грунта толщиной до 1,5 м от центра сваи (по сути это песчаная дрена, но с уплотненной вокруг нее зоной местного грунта). Иногда выполняется пригрузочная насыпь. За счет забивки трубы возникают большие напряжения в уплотненной зоне до 0,8 МПа. Эти напряжения воспринимаются поровой водой. Это обусловливает в ней избыточное давление, и вода отжимается в песчаную сваю. так же, как и в дрены.
Известковые сваис обсадной трубой.

Негашеная комковая известь толщиной слоя не менее 1 м помещается внутри трубы. Далее в трубу опускается трамбовка массой 300… 400 кг и производится уплотнение извести. Затем при взаимодействии негашеной извести с поровой водой происходит ее гашение, увеличивается Æ сваи на 60 – 80% и происходит дополнительное уплотнение слабого водонасыщенного грунта. Под воздействием высокой температуры (t°= 300C°) теряется большое количество поровой воды и влажность грунта уменьшается. Над слоем уплотненного слабого грунта отсыпают слой из местного грунта d = 1,5… 3,0 м и уплотняют тяжелыми трамбовками. Применяется известь с активностью>75%.

Дренирующие прорезиприменяют при устройстве сооружений большой площади на слое водонасыщенных слабых глинистых грунтов мощностью до 7 м в виде траншей шириной 0,6…0,8 м и глубиной до 5,5 м. Траншеи полностью заполняются песком, над прорезями отсыпается горизонтальная песчаная подушка.

Рисунок 10.17. Вертикальные дренажные прорези:

1- песчаная подушка; 2 — дренажные прорези

Песчаные подушкиотсыпаются чаще всего из среднезернистых, крупнозернистых песков, щебня, гравия, гравийно – песчаной смеси.
Расчетом определяются размеры и проверка устойчивости на действие горизонтальных сил.

Источник

Строительство на структурно – неустойчивых грунтах.

При строительстве и эксплуатации городских зданий и сооружений на структурно-неустойчивых грунтах при определенных инженерно-геологических условиях зафиксированы многочисленные случаи образования резко выраженных неравномерных осадок, которые часто приводили к полному разрушению. К структурно-неустойчивым грунтам относятся лёссовые грунты, грунты, находящиеся в мерзлом и вечномерзлом состоянии, рыхлые пески, илы, чувствительные пылеватолинистые грунты, а также пылевато-глинис-тые набухающие грунты.

Развитие значительных неравномерных осадок в структурно-неустойчивых грунтах происходит из-за нарушения их природной структуры, которое возможно в результате механических и физических воздействий.

Механические воздействия обусловлены приложением внешней нагрузки от фундаментов, а также различными динамическими явлениями (вибрация, колебания и т. п.), происходящими в результате движения транспорта, технологических, производственных и других факторов. К механическим воздействиям наиболее чувствительны несвязные и слабосвязные грунты, а именно, слабые насыщенные водой пылевато-глинистые грунты, илы, заторфованные грунты, рыхлые пески и др.

Физические воздействия, при которых происходит нарушение структуры грунтов, обусловлены дополнительным увлажнением, которое может оказать неблагоприятное влияние на лёссовые и набухающие грунты; оттаиванием мерзлых и вечномерзлых грунтов, а также химической а механической суффозией и выветриванием. Данный тип воздействий приводит к увеличению деформативности вследствие разрушения структурных связей, вызывая дополнительные неравномерные осадки.

В структурно-неустойчивых грунтах при приложении внешней нагрузки разрушение структурных связей происходит быстрее, чем образование новых, в отличие от структурно-устойчивых грунтов, в которых одновременно с частичным нарушением структуры и уплотнения возникают новые связи, увеличивая тем самым их прочность. Поэтому в структурно-неустойчивых грунтах процесс разрушения структурных связей происходит лавинообразно и приводит к развитию просадки, не связанной с процессом постепенного уплотнения.

Возведение и эксплуатация сооружений на структурно-неустойчивых грунтах весьма затруднительны, поэтому при проектировании необходимо учитывать условия, при которых возможно нарушение их природной структуры и развитие просадки, и принимать меры, направленные на устранение таких неблагоприятных явлений.

Следует отметить, что основания, сложенные структурно-неустойчивыми грунтами при нагрузках, напряжения от которых не превышают структурной прочности, обладают в некоторых случаях удовлетворительными физико-механическими характеристиками, которые резко ухудшаются при нарушении структуры или превышения напряжениями структурной прочности.

Фундаменты на лессовых просадочных грунтах. Расчет просадочных деформаций. Фундаменты на лессовых просадочных грунтах. Расчет просадочных деформаций.

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.

Просадочные лёссовые грунты обладают следующими свойствами: они состоят в основном из пылеватых частиц, имеют большую пористость (около 50 %) и малую влажность. На образцах грунта видны крупные поры (макропоры диаметром 0,5. 5,0 мм и более). В грунте содержится значительное количество карбонатов. При замачивании они быстро размокают и теряют первоначальную структуру. Расчет оснований, сложенных лёссовыми грунтами, выполняют по деформациям, которые равны сумме осадки от внешней нагрузки и просадки при замачивании. Просадочные грунты характеризуются относительной просадочностью, начальным просадочным давлением и начальной просадочной влажностью.

Относительная просадочность — это относительная деформация грунта при его замачивании под нагрузкой. Она устанавливается при испытаниях грунтов при разных напряжениях, вызванных нагрузкой от фундамента и от собственного веса грунта.

В зависимости от условий проявления просадочности лёссовых грунтов различают два типа грунтовых условий:

• I тип грунтовых условий, при которых просадка происходит в основном от действия внешней нагрузки, а просадка от собственного веса либо не происходит, либо ее значение не превышает 5 см;

• II тип грунтовых условий, при которых просадка происходит от внешней нагрузки и собственного веса при значении просадки более 5 см.

Принципы строительства на просадочных грунтах. Устранение просадочных свойств грунтов.

Источник

Особенности проектирования фундаменты на структурно-неустойчивых грунтах: илистых, заторфованных, набухающих, ленточных глинах, лессовидных. Особенности проектирования.

Сложные основания характеризуются наличием слабых, элювиальных, искусственных, просадочных, засоленных, набухающих, пучинистых при промерзании грунтов.

Сильносжимаемые грунты. В слабых сильносжимаемых грунтах (неуплотненные водонасыщенные глинистые грунты, в том числе озерно-ледниковые глины, суглинки и супеси; илы, заторфованные грунты; рыхлые пески; водонасыщенные, пылеватые, намывные грунты) при механических воздействиях (быстрое приложение давления более структурной прочности, перемятие, динамические воздействия и др.) легко разрушаются структурные связи, резко уменьшаются показатели прочности, существенно увеличивается деформируемость и ее неравномерность.

При расчете оснований, полностью или частично сложенных илом, биогенными (торф, заторфованный грунт, сапропель) и слабыми водонасыщенными пылевато-глинистыми грунтами, следует использовать результаты определений прочностных, деформационных и фильтрационных характеристик грунтов при давлениях или в диапазоне давлений, соответствующих напряженному состоянию грунтов оснований на различных этапах возведения сооружений, применительно к принятой расчетной модели.

Следует учитывать медленное развитие осадок таких грунтов во времени и возможность в связи с этим возникновения нестабилизированного состояния, существенную изменчивость и анизотропию прочностных, деформационных и фильтрационных характеристик и их изменения в процессе консолидации основания, значительную тиксотропию ила, как правило, сильную агрессивность к материалам подземных конструкций.

Опирание фундаментов непосредственно на поверхность средне- и сильнозаторфованных грунтов, торфов, слабоминеральных сапропелей и илов не допускается.

Если непосредственно под подошвой фундамента залегает слой грунта с модулем деформации Е

При залегании кровли биогенных грунтов или илов на глубине (z), м, от подошвы фундамента размеры фундамента должны назначаться такими, чтобы обеспечивалось выполнение условия (6.3).

где P_zp, P_zg — соответственно вертикальные нормативные давления в грунте на кровлю проверяемого слоя (на глубине z) от дополнительной нагрузки фундамента и от собственного веса грунтов, залегающих выше кровли проверяемого слоя, МПа;

R_z — наименьшее значение расчетного сопротивления слабого грунта на глубине z, МПа.

Расчетное сопротивление грунта (R_z) на глубине (z), м, от подошвы фундамента определяется для условного фундамента шириной (b_z), м.

При величине расчетных деформаций основания, сложенного биогенными грунтами или илами, больше предельных значений или при недостаточной несущей способности основания должны предусматриваться следующие мероприятия:

— полная или частичная прорезка слоев биогенных грунтов или илов глубокими фундаментами;

— полная замена биогенных грунтов или илов песком, гравием, щебнем;

— уплотнение грунтов временной или постоянной пригрузкой основания сооружения или всей площади строительства насыпным, намывным грунтом или другими материалами;

Набухающие грунты. Плотные глинистые маловлажные грунты, особенно со­держащие большое количество частиц минерала монтмориллонита, набухают при увлажнении, а при последующем понижении влажности испытывают обратный процесс — усадку, что связано с изменением структуры в результате образования или ликвидации гидратных оболочек вокруг минеральных частиц.

Основания, сложенные набухающими грунтами, должны проектироваться с учетом возможности их набухания при повышении влажности и усадки при ее уменьшении. Способность грунтов к набуханию устанавливается опытным путем по результатам лабораторных или полевых испытаний по ГОСТ 24143.

При проектировании оснований, сложенных набухающими грунтами, следует учитывать:

— возможность набухания грунтов за счет подъема уровня подземных вод или увлажнения их производственными или поверхностными водами;

— набухание за счет накопления влаги под сооружением в ограниченной по глубине зоне вследствие нарушения природных условий испарения при застройке и асфальтировании территории;

— набухание и усадку грунта в верхней зоне аэрации за счет сезонных климатических факторов;

— усадку за счет высыхания грунтов от воздействия тепловых источников.

Основания, сложенные набухающими грунтами, должны рассчитываться в соответствии с общими требованиями проектирования оснований сооружений. Деформации основания в результате набухания или усадки должны определяться путем суммирования деформаций отдельных слоев, при этом величины деформаций основания от внешней нагрузки и от возможной усадки при уменьшении влажности набухающего грунта должны суммироваться. Подъем основания в результате набухания грунта должен определяться в предположении, что деформации основания от внешней нагрузки стабилизировались.

Лессы и лессовидные грунты устойчивы в условиях малой влажности, а главное — в условиях природно-сложившегося стока поверхностных вод. При увеличении влажности (замачивании) структурные связи между частицами разрушаются, что приводит к просадкам лессовых грунтов и снижению их прочности.

Основания, сложенные просадочными грунтами, должны про­ектироваться с учетом их особенностей, заключающихся в том, что при повышении влажности выше определенного уровня они испытывают дополнительные быстропротекающие деформации (просадки) от внешней нагрузки и собственного веса.

Количественной характеристикой просадочности является относительная просадочность, которая представляет собой относительную осадку (просадку) грунта при заданных давлениях и степени повышения влажности. Относительная просадочность определяется по формуле

где h_n,p — высота образна грунта природной влажности, обжатого без возможности бокового расширения напряжением σ_z, равным напряжению, действующему на глубине z, от собственного веса фунта σ_zg или дополнительному напряжению σ_zp в зависимости от вида рассчитываемых деформаций; h_sal,p — высота того же образца после замачивания его до полного водонасыщения при сохранении напряженного состояния; h_ng— высота того же образца природной влажности, обжатого давлением, равным напряжению σ_zg от собственного веса грунта, на рассматриваемой глубине (рис. 9.2. а).

Рис. 9.2. Зависимость: а -деформаций; б — относительной просадочности лессового грунта от уплотняющего давления

Основными характеристиками просадочных грунтов, кроме относительной просадочности ε_sl, являются также начальное просадочное давление р_sl и начальная просадочная влажность w_sl, модуль деформации при естественной влажности Е и в водонасыщенном состоянии E_w; коэффициент изменчивости сжимаемости основания α; удельное сцепление с и угол внутреннего трения φ при естественной влажности и в водонасыщенном состоянии; удельное сцепление с и угол внутреннего трения φ в водонасыщенном состоянии уплотненных просадочных грунтов до заданной плотности.

Относительная просадочность грунта зависит от давления и представляется в виде графика ε_sl=f(p) (рис. 9.2, б). Если ε_sl

Источник