Проектирование фундаментов на структурно-неустойчивых грунтах

Обязателен расчет на устойчивость по I – ой группе предельных состояний с учетом специфических свойств оснований.
Принимаем во внимание удельное сцепление с, а j (угол внутреннего трения) = 0. Обязателен расчет по деформациям.

Специфика расчета состоит в том, что
1. компрессионная кривая даже на малых участках криволинейна (замена прямой не допускается);
2. обязателен расчет осадок во времени методами фильтрационной

консолидации грунтов.

Фильтрационная консолидация (деформация во времени) – постепенный процесс уплотнения, связанный с выдавливанием воды из пор грунта.
Для сильнозаторфованных грунтов необходимо учитывать ползучесть твердых частиц в абсолютно сухом состоянии - вторичную консолидацию.

Требования по проектированию фундаментов на структурно-неустойчивых и слабых грунтах:
1. основания, сложенные водонасыщенными, заторфованными грунтами, торфами и илами или включающие эти грунты, должны проектироваться с учетом их большой сжимаемости, медленного развития осадок во времени, существенной изменчивости и анизотропии прочностных, деформационных фильтрационных характеристик и их изменения в процессе консолидации основания, а также значительной тиксотропии илов;

2. деформационные, прочностные и фильтрационные характеристики грунтов должны определяться при давлении или в диапазоне давлений, соответствующих напряженному состоянию основания проектируемого сооружения; эти характеристики должны устанавливаться при испытаниях образцов грунта в вертикальном и горизонтальном направлениях;

3. опирание фундаментов непосредственно на поверхность сильнозаторфованных грунтов, торфов и илов не допускается. Если непосредственно под подошвой фундамента залегает слой грунта с Е < 5 МПа толщиной более ширины фундамента, то осадка основания должна определяться с учетом полного давления под подошвой фундамента.

При расчетных деформациях основания сложенного структурно-неустойчивыми грунтами, больше предельных или недостаточной несущей способности основания, должны предусматриваться следующие мероприятия:
1. полная или частичная прорезка слоев грунтов глубокими фундаментами (в

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 ограждения основания (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 материалов применяют 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 дрены изготавливают из непроклеенного картона поперечным сечением 3 х 100 мм и площадью поперечного сечения проходящих внутренних каналов 3 мм². 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 сваи изготовляются 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 сваи с 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 прорези применяют 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 подушки отсыпаются чаще всего из среднезернистых, крупнозернистых песков, щебня, гравия, гравийно – песчаной смеси.
Расчетом определяются размеры и проверка устойчивости на действие горизонтальных сил.