14.3.3. Конструктивные решения

при сохранении в основании просадочности грунтов

Применение перечисленных з предыдущем пункте меро­приятий связано с затратой иногда значительных средств, по­этому при застройке территорий относительно легкими здания­ми, не имеющими развитого водного хозяйства, иногда целесо­образно устранить возможность замачивания лёссовых грунтов в основании сооружений. При этом должны исключаться по­ступление любых вод в грунт (дождевых, хозяйственных, про­изводственных, грунтовых при поднятии их уровня) и накопле­ние влаги вследствие изменения природных условий испарения ее с поверхности грунта.

Чтобы устранить поступление в грунт дождевых вод, предъ­являют особые требования к планировке территории застройки. Обычно наилучшим решением является сохранение природного рельефа местности и дернового покрова. Для удаления дожде­вых вод с территории застройки используют кюветы, ■ канавы или систему ливневой канализации. Особое внимание уделяют отводу дождевых вод от фундаментов за пределы ранее отры­вавшегося котлована. С этой целью тщательно трамбуют обрат­ную засыпку при оптимальной влажности и устраивают водоне­проницаемую отмостку, с которой воду отводят лотками в кю­веты или канализацию (рис. 14.4).

Напорные трубопроводы водопровода и теплофикации де­лают из стальных труб, допускающих искривление при случай­ных местных просадках грунтов. Под трубопроводами канализа-

Рио. 14.4. Схема устройства отмостки

— грунт обратной засыпки, тщательно утрам­бованный, 2 — водонепроницаемая отмостка; 3 — лоток для отвода воды; 4 — лросадочный грунт

ции устраивают водонепроницаемые лотки, которыми отводят воду в смотровые колодцы.

Опыт строительства свидетельствует, что даже при тщатель­ном выполнении мер по исключению замачивания водой грунтов в отдельных случаях может происходить местное замачивание, в том числе и в результате аварий трубопроводов. Поэтому при­меняют дополнительный комплекс мер и приемов, позволяющих либо уменьшать чувствительность конструкций к неравномер­ным осадкам (см. п. 9.3 и 14.2), либо быстро устранять возник­шие неравномерности осадок (рихтовка подкрановых путей и лифтов, поднятие колонн домкратами и др.). Иногда крен со­оружений, возникший из-за одностороннего замачивания грунта, уменьшают путем увлажнения грунта с другой стороны фуида-, мента.

Н.3.4. Фундаменты на набухающих и дающих усадку грунтах

К набухающим грунтам, как правило, относятся глины и суглинки, содержащие монтмориллонит. Иногда пылевато-гли-нистые грунты набухают при воздействии на них химических отходов производства (раствор серной кислоты и др.).

Набухание грунтов происходит при их увлажнении и ха­рактеризуется относительным набуханием e_sw и давлением на­бухания p_sw (см. п. 3.4.3). Эти же грунты при уменьшении влажности (высыхании) испытывают усадку, которая харак­теризуется относительной усадкой e_Sft.

В южных странах (Индия, Судан и др.), а также в от­дельных районах Средней Азии набухающие грунты залегают с поверхности. Ежегодно в период дождей они набухают, а в засушливое время получают большую усадку в результате че­го в поверхностном слое образуются трещины с раскрытием до 0,3 м глубиной до 2 ... 2,5 м. При увлажнении трещины смы­каются и поверхность грунта поднимается вверх до 0,2 ... 0,3 м. В указанных условиях деформации набухания и усадки испы­тывает только верхний слой — слой аэрации. Однако при на­рушении температурно-влажностного режима в верхней части слоя грунта могут произойти изменения объема грунта и ниже зоны сезонных колебаний влажности. По мере поступления воды на глубину ниже слоя аэрации постепенно будут развиваться деформации набухания. Этот процесс под фундаментами прохо­дит тем интенсивнее, чем большей водопроницаемостью обла­дают обратная засыпка грунта и тело фундамента.

Таким образом, при проектировании фундаментов надо ре­шить две задачи: исключить воздействие набухания и усадки слоя сезонного увлажнения и высыхания и обеспечить неизмен­ность объема грунта под фундаментами или добиться, чтобы

349

перемещения фундаментов при набухании указанного грунта были меньше предельно допустимых.

В соответствии со СНиП 2.02.01—83 предельно допустимые подъемы поверхности основания не должны быть более 25 %' предельно допустимых осадок, а неравномерность поднятий — 50% величины, предельно допустимых неравномерностей оса­док. Сниженные значения предельно допустимых деформаций при набухании создают условия, при которых часто набухание грунтов под фундаментами недопустимо.

Величина поднятия основания h_sw при набухании грунтов определяется по формуле

п 2 w. U (14.3)

где п — число слоев набухающих грунтов под фундаментами; 8n». i — коэф­фициент относительного набухания грунта i-ro слоя, определенный по фор­муле (3.14); Ы — толщина i-ro слоя набухающего грунта; k_sm.t — коэффи­циент условий набухания грунта в основании.

Величина коэффициента k_Bw принимается в зависимости от суммарного вертикального напряжения ov tot на рассматриваемой глубине основания:' при Gz tot = 50 кПа коэффициент k₃w = 0,8; при a_z. tot = 300 кПа — k$w =

=0,6,

В случае местного замачивания грунтов в пределах огра­ниченной площади (шириной В_т и длиной L_w) суммарное вер­тикальное напряжение с*, tot на глубине г ниже подошвы фундамента определяется по формуле

<У_г. tot = °z. p + °z. _s + о>, _ad, (14.4)

где Ог. р — вертикальное напряжение, возникающее от загрузки фундамента ва глубине z; о*, g — вертикальное напряжение от собственного веса грунта на этой же глубине; а₂. аи — дополнительное вертикальное давление, вызван­ное влиянием веса неувлажненной части массива за пределами зоны увлаж­нения с размерами В_ш и L_w.

В большинстве случаев при проектировании без надлежа­щего опыта строительства трудно устанавливать значения B_w и L_w. При больших же их величинах а_г. ad = 0, что чаще всего и принимается в расчетах.

Нижняя граница набухания слоя устанавливается на глу-Ял», на которой Gz.tot — psw (где p_sw — давление набу­хания, определяемое экспериментально). При экранировании поверхности и изменении водно-теплового режима толщи­на набухающего слоя определяется экспериментально. Если опытные данные отсутствуют, то H_sw принимается не менее 5 м. При наличии местного источника обводнения из-за неис­правностей трубопроводов толщина набухающего грунта мо­жет быть больше.

При слое сезонно набухающих и дающих усадку грунтов толщиной H_sw для обеспечения устойчивости сооружений их

350

Рис, 14.6. Свайный фундамент в условиях сезонно набухающих и дающих усадку грунтов

1 — свая с уширением; 2. — ростверк; 3 — водонепроницае­мая отмостка; 4 — песок; В — сезонно набухающий грунт; 6 — ненабухающий грунт

фундаменты заделывают в подстилающем слое (рис. 14.5). Это может быть ненабу­хающий или набухающий грунт. При воз­ведении фундаментов и самого сооружения принимаются меры по исключению мест­ного замачивания грунта хозяйственными и производственными водами. В последнем случае особое вни* мание должно быть уделено сохранению природной водопрони-" цаемости грунтов. Для этой цели фундаменты делают набив* ными, бетонируемыми в распор с грунтом, с применением бе« тона на расширяющем цементе. Кроме того, сам бетон не дол­жен быть водопроницаемым. Это дает гарантию, что через тело фундамента и по щелям между фундаментом и грунтом вода не будет проникать к основанию.

Поскольку грунт сезонно набухающего слоя перемещаетсяотносительно неподвижного фундамента при набухании вверх, а при усадке — вниз, необходимо учитывать касательные си­лы, развивающиеся по боковым поверхностям фундаментов и свай. Величина этих сил зависит от сопротивления грунта сдви­гу при возникающей при этом влажности. В случае легких сооружений касательные силы при набухании, передаваемые фундаментам, могут оказаться больше нагрузки, действующей на них. Тогда вероятно систематическое поднятие и опускание фундаментов, что недопустимо. Для лучшей заделки свай в грунте их делают с уширением в нижней части (рис. 14.5). С целью снятия воздействия набухания грунта на раидбалку ее обсыпают песком, а под рандбалкой делают воздушный зазор.

Полная прорезка фундаментами слоя сезонно набухающе­го грунта (обычно набивными сваями) не предотвращает воз­действия набухания и усадки на полы, конструкции, возводи­мые на поверхности грунта, и трубопроводы, проложенные в грунте. В таких случаях целесообразно полы устраивать по перекрытиям, а трубопроводы делать подвесными к стенам и перекрытиям. Учитывая сезонные колебания верхнего слоя грунта, особое внимание надо уделять вводам в здания и вы­пускам из них, жесткая заделка которых недопустима.

Для обеспечения устойчивости состояния софйужения иногда набухающий грунт заменяют ненабухающим. Пр"и этом требуется плотная его укладка. Допустима также частичная-прорезка набухающей толщи и устройство песчаных комден*

351

сирующих подушек. Основание подушки тщательно планиру­ется под одну отметку. Тогда в случае ленточных фундаментов при проникании воды в одном месте она будет растекаться по длине подушки, вызывая относительно равномерный подъем. Кроме того, основание подушки в месте увлажнения несколь­ко поднимается и проникающая вода растекается все на боль­шие расстояния. Это приведет к сравнительно равномерному поднятию конструкций здания.

Усадка достаточно влажных глин может возникнуть под сооружениями, выделяющими в грунт большое количество тепла (доменные печи, котельные и др.). Так, в одном из кор­пусов стекольного завода произошли недопустимые осадки ■фундаментов печей. При обследовании выяснилось, что ранее мягкопластичиая глина в основании высохла и получила зна­чительную усадку. Очевидно, в таких случаях необходимо пре­рывать тепловой поток от сооружений и оборудования в грунт,

14.3.5. Фундаменты на подрабатываемых территориях

При добыче полезных ископаемых методом подработ­ки под застраиваемыми территориями возникают сдвиже­ния горных пород, которые вызывают деформирование оснований сооружений, приводящие к смещениям фундамен­тов. Сооружения, попадающие в зону сдвижений, сначала ис­пытывают в горизонтальном направлении растяжение, затем сжатие. Поскольку при сдвижениях грунтов в основании наблю­дается значительная просадка и горизонтальные смещения, проектировать фундаменты сооружений и надземные несущие конструкции следует с учетом возможных взаимных смещений отдельных их частей. С этой целью все несущие конструкции делают с уменьшенной чувствительностью к неравномерным осадкам. Наилучшего эффекта добиваются разрезкой зданий осадочными швами на отсеки простой конфигурации и арми­рованием кладки стен поясами (см. п. 9.3.3). Опоры плит и балок перекрытий, а также перемычек делают удлиненными, чтобы при появлении трещин и расхождении стен не произош­ло обвала.

При проектировании фундаментов оценивают основные па­раметры деформаций поверхности земли в связи со сдвиже­нием пород: радиус кривизны ее деформации, расчетные отно­сительные горизонтальные деформации и величину суммарных деформаций, развивающихся в пределах длины здания.

Для восприятия горизонтальных растягивающих усилий целесообразно делать фундаменты зданий под стены и колон­ны ленточными монолитной конструкции с продольной армату-*

8S2

рой. При устройстве отдельных фундаментов под колонны их соединяют железобетонными элементами в одну систему (см. рис. 15.5), способную воспринимать растягивающие напряже­ния, развивающиеся вдоль и поперек здания. Усилие растяже­ния может быть установлено исходя из трения, возникающего под подошвой фундаментов, и давления грунта на их боковые грани вследствие сдвижения пород.

Для уменьшения горизонтального давления на боковые грани фундаментов перед возникновением сдвижения горных пород рекомендуется делать вблизи фундаментов узкие про­рези, заглубляемые на 15 ... 20 см ниже их подошвы, так как горизонтальное давление может возрасти до пассивного отпо­ра грунта.

144. Фундаменты в районах распространения вечномерзлых грунтов