Вопрос 32. Набухающие грунты. Рыхлые пески. Илы и чувствительные глины. Плывуны. Торфы. Техногенные отложения. Методы строительства на них.

Набухающие грунты имеют широкое распространение. Такие грунты распространены в Египте, Бирме, США, ЮАР, а в Индии более 30% территории занимают так называемые хлопковые почвы. В странах СНГ такие группы встречаются в Казахстане, Грузии, Азербайджане, Украине, России (Поволжье, Северный Кавказ и других районах).

Характерной особенностью набухающих грунтов является резкое снижение их несущей способности при замачивании.

Набухающие глинистые грунты характеризуются следующими параметрами:

давлением набухания Psω;

влажностью набухания ωsω;

относительным набуханием при заданном давлении εsω;

относительной усадкой при высыхании εsh.

Эти характеристики определяются в лабораторных условиях согласно ГОСТ 24143-80.

Давлением набухания Psω грунта называют то минимальное давление, при котором грунт не набухает.

Давление набухания развивается в глинистом грунте как реакция внешней нагрузке, передаваемой на грунт от сооружения или выщелачивающей толщи грунта. Это давление может достичь 0,8 МПа и возникает в основании гидротехнических сооружений после пуска в них воды, что приводит к деформациям этих сооружений, вследствие неравномерного поднятия фундамента на разных участках.

За влажность набухания ωsω принимается влажность, полученная после завершения набухания образца, обжатого без возможности бокового расширения заданным давлением Р. С увеличением плотности грунта влажность набухания уменьшается.

Набухаемость грунтов оценивают коэффициентом относительного набухания εsω, который находят испытанием грунта в одометре, и нагружают давлением, которое ожидается на данной глубине с учетом давления от возводимого сооружения. Затем в одометр подают воду. В результате чего происходит набухание образца грунта, т.е. поршень одометра будет перемещаться вверх.

Методы строительства:

а Водозащитные мероприятия

- устраивают отмостки вокруг зданий шириной 2…3 м

- применяют водонепроницаемые экраны над всем сооружением из полимерных материалов, либо из асфальта

- Заключают водопроводные иканализационные трубы в железобетонные лотки и т.п.

б Улучшение свойств оснований

- При небольших толщах набухающих грунтов применяют предварительное замачивание и строительство ведется как на водонасыщенных ненабухающих грунтах (материалом грунтовых подушек должна служить пылевато-глинистые набухающие грунты).

- Компенсирующие подушки применяются для уменьшения неравномерности подъема фундаментов (материал: любые, кроме пылевых, пески).

Принцип работы компенсирующей подушки состоит в следующем. Так как ширина песчанной подушки превышает ширину фундамента, при набухании грунта происходит выпирание песка между фундаментом истенкой траншеи. Поэтому при подъеме дна такой траншеи песок вокруг фундамента поднимается, а сам фундамент остается практически неподвижным.

Прорезка набухающих грунтов свайными фундаментами и глубокими опорами эффективна, если толща набухающих грунтов не превышает 12 м. Для избежания подъема, длина свай должна быть назначена таким образом, чтобы силы набухания, направленные вверх по боковой поверхности свай, были меньше, чем … нагрузок от сооружения и силы сопротивления по боковой поверхности в нижней части сваи, заглубленной в ненабухающие грунты. Для увеличения сил сопротивления в заделанной части сваи можно применять винтовые сваи или сваи с улучшенной пятой.

К конструктивным мероприятиям относится увеличение жесткости здания путем разбивки их на отдельные отсеки ………..крупнопанельных зданий осадочными швами на отсеки длиной менее 30м, армирование поясов, устраиваемых в нескольких уровнях по высоте.

Одним из структурно-неустойчивых видов грунтов являются илистые грунты, структура которых не обладает достаточной прочностью и устойчивостью и может быть нарушена действием добавочного (сверх природного) давления (часто весьма незначительной величины), что позволяет отнести их к типу слабых малоустойчивых естественных оснований. При ненарушенной структуре илистые грунты могут воспринимать некоторую нагрузку от сооружений; при нарушении же ее они становятся часто непригодными как основания для сооружений и требуют специальных мер по их упрочнению, уплотнению или закреплению.

Илистые грунты образовались в начальной стадии формирования коллоидно-глинистых осадков, откладывающихся в относительно спокойной воде при одновременном протекании в них гидробиологических процессов. Отложение в воде глинистых частиц способствует образованию губчатой и даже хлопьевидной структуры осадков, а наличие гидробиологических процессов — увеличению структурной связности и выделению газов, что обусловливает взрыхленность коллоидно-глинистых осадков.

Влажность природных илов, как правило, больше влажности при границе текучести (определяемой для перемятых образцов), а коэффициент пористости для суглинков и супесей, часто достигая еще большей величины.

Исходя из общих свойств илов, возникают следующие два способа рационального возведения на них сооружений: первый — замена сильно сжимаемых и разжиженных илов более устойчивыми и прочными грунтами, например песком, и второй — уплотнение и упрочнение илов небольшими порциями нагрузок.

Замена песками или галькой применяется при небольшой мощности слоя илов в случае возведения на них насыпей или дамб, когда отсыпаемое тело выдавливает илы в стороны, что продолжается до тех пор, пока насыпь не достигнет плотного грунта.

При втором способе применяют такие порции нагрузок, которые не могли бы разрушить структурные связи, причем последующую порцию дают лишь тогда, когда закончится осадка ила от предыдущей порции нагрузки. При нагрузке, меньшей структурной прочности, происходит дальнейшее упрочнение ила, так как осадка способствует сближению минеральных частиц и возникновению новых молекулярных связей. Для ускорения осадки илистых грунтов с успехом применяется вертикальный песчаный дренаж, рассчитываемый по формулам пространственной теории консолидации.

На участках, где преимущественно песчаный грунт, либо когда-то была река или озеро, на заболоченной местности застройщика может ожидать неприятный сюрприз – наличие в толще грунта плывуна. Плывуном называют песок или супесь, насыщенные водой. Проблема в том, что он отличается текучестью, разжижается под нагрузкой. При насыщении водой они приобретают свойство текучести, что негативно сказывается на несущей способности такого грунта. Ситуацию усугубляют примеси глины, которые обычно имеются в составе плывунов. Учитывая низкое значение сопротивления влажного песчано-пылеватого грунта. Варианты фундаментов:

-свайный фундамент с ростверком подходит в случаях, если известна толщина плывуна и она незначительна. В качестве опор можно использовать забивные железобетонные сваи или винтовые стальные изделия. Идея состоит в том, чтобы расположить подошву фундамента ниже залегания плывуна. Обвязка опор осуществляется ж/б ростверком;

-ленточный мелкозаглубленный фундамент можно применять в двух случаях: плывун находится на существенной глубине (больше 3 м) либо возможно устройство дренажной системы для фундамента. Последний вариант удобен на участке с уклоном – осушая плывун, мы просто нивелируем его негативные свойства;

-фундамент-плита чаще всего используется в случаях, когда нагрузка от дома значительна, а плывун находится недалеко от поверхности земли (1-2 м). В этих ситуациях экономия на устройстве вышеперечисленных типах оснований выглядит сомнительной, поэтому заливают именно плиту.