Проектирование оснований сооружений

ВОЗВОДИМЫХ НА СТРУКТУРНО НЕУСТОЙЧИВЫХ ГРУНТАХ

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОСНОВАНИЙ

НА ПРОСАДОЧНЫХ ГРУНТАХ

Общие положения

К просадочным относятся грунты, в которых под совместным воздействием внешней нагрузки или собственного веса и замачивания возникают дополнительные деформации, называемые просадочными.

Просадочными свойствами чаще всего обладают лессы, лессовидные супеси, суглинки, глины, покровные глинистые грунты, маловлажные структурные пески, некоторые виды насыпных грунтов, пепловых отложений.

Номенклатурными показателями просадочности, определяющими возможность проявления просадочных свойств грунтов, являются степень влажности S_r и показатель просадочности П, определяемый по формуле

П = (е_L – е) / (1 + е), (1.1)

где е – коэффициент пористости природного грунта; е_L – коэффициент пористости, соответствующий влажности на границе текучести ω_L:

е_L = ω_Lγ_s/γ_ω, (1.2)

здесь γ_s и γ_ω – удельные веса частиц грунта и воды.

При предварительной оценке к просадочным относят грунты со степенью влажности S_r ≤ 0,8 и показателем просадочности П, меньшим 0,10, при числе пластичности грунта 0,01 ≤ I_L <0,10 меньшим 0,17 при 0,10 ≤ I_L < 0,14 и меньшим 0,24 при 0,14≤ I_L <0,22.

Основными характеристиками просадочных грунтов, определяющими их специфические свойства, являются: относительная просадочность ε_sl, начальное просадочное давление p_sl и начальная просадочная влажность ω_sl.

Относительная просадочность представляет собой относительное сжатие грунта при заданных давлениях и степени повышения влажности и определяется по формуле:

ε_sl = (h_p – h_sl)/h_g, (1.3)

где h_p – высота образца грунта природной влажности, обжатого без возможности бокового расширения давлением р, равным давлению от собственного веса грунта и нагрузки от фундамента или только от веса грунта в зависимости от вида рассчитываемых деформаций; h_sl – высота того же образца после замачивания его до полного водонасыщения при сохранении давления р; h_g – высота того же образца грунта природной влажности, обжатого без возможности бокового расширения давлением, равным давлению от собственного веса грунта на рассматриваемой глубине.

Начальное просадочное давление p_sl – это минимальное давление от нагрузки фундамента или собственного веса, при котором проявляются просадочные свойства грунта в условиях его полного водонасыщения. За начальное просадочное давление p_sl при лабораторных испытаниях грунтов принимается давление, при котором относительная просадочность ε_sl = 0,01; при полевых испытаниях штампами – давление, равное пределу пропорциональности (на графике «осадка штампа – нагрузка»), при котором фаза нормального уплотнения переходит в фазу просадки и осадка штампа возрастает не менее чем в 1,5 раза.

Начальная просадочная влажность ω_sl представляет собой влажность, при которой грунты, находящиеся в напряженном состоянии от внешней нагрузки или собственного веса грунта, начинают проявлять просадочные свойства. За критерий начальной влажности при компрессионных испытаниях принимается относительная просадочность ε_sl = 0,01; при испытаниях штампами – давление, равное пределу пропорциональности, при котором фаза нормального уплотнения переходит в фазу просадки.

При проектировании оснований и фундаментов на просадочных грунтах учитывается возможность повышения их влажности вследствие:

замачивания грунтов – сверху из внешних источников или снизу при подъеме уровня грунтовых вод;

постепенного накопления влаги в грунте в связи с инфильтрацией поверхностных вод и экранированием поверхности;

одновременного замачивания грунтов сверху и постепенного накопления влаги в грунте.

Просадочные деформации подразделяются на следующие виды (рис.1.1 и рис.1.2):

просадка фундаментов s_sl.p от их нагрузки, происходящая в пределах деформируемой зоны 1, располагающейся от подошвы фундамента до глубины, на которой суммарные вертикальные давления от нагрузки фундамента и собственного веса грунта равны начальному просадочному давлению p_sl;

максимальная просадка грунтов от собственного веса s_sl.g^max, происходящая в нижней части просадочной толщи h_sl.g при замачивании площади шириной В_ω ≥ Н_sl (см.рис.1.2, б);

возможная просадка грунтов от собственного веса s_sl.g, проявляющаяся в пределах толщи h_sl.g при В_ω < Н_sl;

горизонтальное перемещение u_sl (cм.рис.1.2, в), возникающее при просадке грунтов от собственного веса в пределах криволинейных участков просадки грунта.

Максимальная просадка грунта от собственного веса s_sl.g^max характеризуется (см.рис.1.2, б) горизонтальным участком просадки поверхности грунта b и двумя криволинейными участками r, на которых просадка изменяется от максимальной величины s_sl.g^max до нуля.

Рис.1.1. Зоны деформации просадочного грунта

в основании фундамента

I – деформируемая зона; II – нейтральная зона; III – зона просадки грунта от собственного веса; 1 – эпюра вертикальных давлений от нагрузки фундамента; 2 – то же, от собственного веса грунта; 3 – эпюра просадки грунта от нагрузки фундамента;

4 – то же, от собственного веса грунта

Рис.1.2. Общий характер на замачиваемой площади (а) просадки поверхности грунта (б) и горизонтальных перемещений грунта (в)

1, 2, 3 – участки горизонтального разуплотнения, уплотнения и нейтральной зоны

Возможная просадка поверхности грунта s_sl.g включает только два криволинейных участка r. Горизонтальные перемещения поверхности грунта при максимальной просадке характеризуются наличием участков (см.рис.1.2, в): горизонтального уплотнения, разуплотнения и нейтрального, который при возможной просадке s_sl.g отсутствует.

В зависимости от возможности проявления просадок грунта от собственного веса грунтовые условия строительных площадок подразделяются на два типа:

I тип – когда просадка грунта происходит в основном в пределах деформируемой зоны основания от нагрузки фундаментов или другой внешней нагрузки s_sl.р, а просадка от собственного веса s_sl.g отсутствует или не превышает 5 см;

II тип – когда наряду с просадкой грунта от нагрузки фундамента в нижней части просадочной толщи возможна просадка грунта от его собственного веса более 5 см.

Основными характеристиками для проектирования оснований и фундаментов на просадочных грунтах, полученными при инженерно-геологических изысканиях, являются:

тип грунтовых условий по просадочности;

относительная просадочность ε_sl при бытовом и фактическом давлении на грунт, а при изменении фактического давления более чем на 0,1 МПа зависимость ε_sl от давления на грунт;

величина начального просадочного давления р_sl;

величина начальной просадочной влажности ω_sl только при медленном повышении влажности;

модули деформации при естественной влажности Е и в водонасыщенном состоянии Е_u;

коэффициент изменчивости сжимаемости основания α;

удельное сцепление с и угол внутреннего трения φ просадочных грунтов при естественной влажности и в водонасыщенном состоянии;

удельное сцепление с и угол внутреннего трения φ в водонасыщенном состоянии уплотненных просадочных грунтов до заданной плотности.