Особенности расчета оснований сооружений

При возможности замачивания грунтов и развития недопустимых просадок следует предусматривать одно из мероприятий: а) устранение просадочных свойств в пределах всей просадочной толщи; б) прорезку просадочной толщи глубокими фундаментами; в) осуществление комплекса мер, включающего подготовку оснований, частичное устранение просадочных свойств грунтов, водозащитные и конструктивные мероприятия. Выбор указанных мероприятий должен производиться с учетом типа грунтовых условий, вида возможного замачивания, расчетной просадки, но не менее 2/3 ее высоты, если конструкции сооружения рассчитаны на возможные деформации основания, а просадки и их неравномерность не превышают 50% предельных деформаций, допустимых для данного сооружения. Устранение влияния просадочности в этих грунтовых условиях возможно следующими способами: снижением давления по подошве фундаментов малоэтажных зданий до величины, при которой в основании на всех глубинах напряжение меньше начального просадочного давления; уплотнением грунта тяжелыми трамбовками, массу которых подбирают в зависимости от мощности просадочной толщи в пределах 5-10 т и более (рис. 17, а); устройством грунтовых подушек или путем сочетания уплотнения нижней зоны просадочной толщи с уплотненной грунтовой подушкой в верхней зоне (рис. 17, б); устройством набивных или забивных фундаментов в вытрамбованных котлованах, а также изготовлением коротких набивных свай или забивкой пирамидальных свай (рис. 17, в); прорезкой просадочной толщи сваями и передачей нагрузки на подстилающие грунты (рис. 17, г).

В грунтовых условиях II типа возможны следующие варианты устройства фундаментов: прорезка просадочной толщи сваями различного типа или глубокими фундаментами (рис. 18, а); закрепление грунтов химическими или термическими способами (рис. 18, б); уплотнение грунтов предварительным замачиванием в сочетании с глубинными взрывами и уплотнение тяжелыми трамбовками (рис. 18, в); уплотнение грунтов грунтовыми сваями (рис. 18, г).

Могут применяться и другие методы устранения просадочных свойств грунтов и прорезки просадочной толщи. В грунтовых условиях II типа наряду с устранением просадочности и прорезкой толщи просадочных грунтов должны предусматриваться водозащитные мероприятия, а также соответствующая компоновка генерального плана застраиваемой территории. Лучшими решениями являются сохранение природного рельефа местности и дернового покрова, а также эффективная система водостоков и других водозащитных мероприятий.

После уплотнения и закрепления просадочной толщи грунтов определяют показатели их физико-механических свойств, необходимых для расчета фундаментов. Детально расчеты различных вариантов фундаментов в условиях просадочных грунтов приведены в литературе.

 

ФУНДАМЕНТЫ НА СЛАБЫХ СИЛЬНОСЖИМАЕМЫХ ГРУНТАХ

Особенности расчета оснований сооружений

Основания, сложенные слабыми сильносжимаемыми грунтами, проектируются по двум группам предельных состояний с учетом большей сжимаемости, медленного развития осадок во времени и возможности в связи с этим возникновения нестабилизированного состояния, существенной изменчивости прочностных, деформационных и фильтрационных характеристик. В условиях природного залегания слабые грунты обладают структурными связями и проявляют повышенную сжимаемость только при давлениях, превышающих структурную прочность σ_sкr. При определенных механических воздействиях структурные связи в грунтах разрушаются, резко снижаются показатели прочностных и деформационных свойств. Однако с течением времени структурные связи восстанавливаются и происходит упрочение грунта. Слабые грунты чаще всего находятся в водонасыщенном состоянии и обладают малой водопроницаемостью. При незавершенной консолидации основания (особенно при их быстром загружении) это может привести к существенному снижению его несущей способности.

Расчет по 1-й группе предельных состояний при степени влажности слабых грунтов s_r ≥ 0,85 и коэффициенте консолидации c_v ≤ 10⁷ см²/год является обязательным. Несущая способность основания должна определяться с учетом возможного нестабилизированного состояния грунтов. Величину избыточного порового давления допускается определять метолами теории фильтрационной консолидации. При соответствующем обосновании (высокие темпы возведения сооружения или нагружения его эксплуатационными нагрузками, отсутствие в основании дренирующих слоев грунта или дренирующих устройств) допускается в запас надежности принимать величину избыточного давления в поровой воде, равной тотальному (полному) нормальному напряжению по площадкам скольжения или назначать расчетные значения φ ₁ и с ₁, соответствующими нестабилизированному состоянию грунтов основания, определяя их по схеме неконсолидированного сдвига.

Опирание фундаментов непосредственно на поверхность сильно заторфованных грунтов, торфов, слабоминеральных сапропелей и илов не допускается (СП 50-102-2004). Расчет по несущей способности оснований, включающих слои погребенных биогенных грунтов, проводится в том случае, когда расстояние от их кровли до подошвы фундамента h < 2 b, где b – ширина фундамента. Несущая способность двухслойного основания определяется в предположении, что фундамент заглублен до нижнего, погребенного биогенного грунта. В этом случае по боковой поверхности нижней части условного грунтового фундамента возникают силы сопротивления сдвигу верхнего слоя основания Q. Следовательно, несущая способность двухслойного основания складывается из несущей способности погребенного биогенного грунта F_{u, 1} и несущей способности слоя минерального грунта, расположенного между подошвой фундамента и пограничного биогенного грунта:

F_u = F_{u, 1} + Q. (7.1)

Расчет оснований по несущей способности производят и в других случаях согласно требованию СНиП.

Расчет по 2-й группе предельных состояний слабых сильносжимаемых грунтов также имеет свои особенности. Если непосредственно под подошвой фундамента залегает слой грунта с модулем деформации Е < 5000 кПа толщиной более ширины фундамента b, осадка основания должна определяться с учетом полного (среднего) давления по подошве фундамента (СП 50-102-2004). В расчете по деформациям основания, содержащего биогенные грунты или илы, нижнюю границу сжимаемой толщи рекомендуется принимать на такой глубине, где дополнительные напряжения составляют 3 кПа. Давление по подошве фундамента р на сильносжимаемые грунты ограничивается величиной расчетного сопротивления R, т.е. p ≤ R. При определении величины R для грунтов оснований, включающих водонасыщенные биогенные грунты и илы, принимают пониженное значение коэффициента условий работы грунтового основания γ_{с 1}.

Конечная осадка и время консолидации слоя биогенного грунта или ила при намыве или отсыпке на него песчаного слоя определяется без учета осадки подстилающего слоя, если модуль деформации последнего в 10 раз и более превышает модуль деформации биогенного грунта или ила. Величина конечной осадки слоя биогенного грунта или ила в стабилизированном состоянии s, обусловленная намытым или отсыпанным слоем песка, определяется по формуле

, (7.2)

где p – давление от песчаной насыпи на поверхность уплотняемого слоя или ила, кПа;

Е – модуль деформации биогенного слоя, кПа;

h – толщина уплотненного слоя грунта, м.

Осадка биогенного слоя грунта или ила, вызванная намытым или отсыпанным слоем песка, в любой момент времени определяется по формуле

, (7.3)

где s – конечная осадка уплотняемого слоя, определяемая по формуле (8.2);

Q_v - степень консолидации, определяемая из выражения

. (7.4)

Здесь - относительное среднее избыточное давление в поровой воде, определяемое в зависимости от факторов времени T_v и T_v^' , определяются по формулам

; (7.5)

, (7.6)

где c_v – т консолдидации уплотняемого грунта при вертикальном дренировании, м²/год;

H – длина пути фильтрации, м;

t - заданное время консолидации, год;

t' – время, соответствующее прекращению возрастания нагрузки от песчаной насыпи или намыва, год.

Существенно снизить развитие значительных неравномерных осадок сооружений на сильносжимаемых грунтах возможно за счет увеличения глубины заложения фундаментов или устройства плавающего фундамента (вес извлекаемого грунта при отрывке котлована равен весу сооружения). При отрывке глубоких котлованов происходит разуплотнение грунта, выражающееся в подъеме дна котлована, поэтому осадки фундаментов s_d в таких случаях рекомендуется определять с учетом разуплотнения грунта при давлениях, меньших или больших вертикальных напряжений от собственного веса грунта.

Осадка основания s_d рассчитывается методом послойного суммирования как сумма двух составляющих

S_d = s ₁ + s ₂, (7.7)

где s ₁ – осадка от давления под подошвой фундамента p ₁, равного вертикальному напряжению от собственного веса грунта на этом уровне (p ₁ = σ_zg,o);

s ₂ - осадка от дополнительного давления (p ₂ = p - σ_zg,o).

Если расчетные деформации оснований, сложенных слабыми сильносжимаемыми грунтами, более предельно допустимых или недостаточна их несущая способность, должны предусматриваться специальные мероприятия, обеспечивающие надежность проектируемых сооружений.