31. Особенности проектирования фундаментов мелкого заложения и свайных фундаментов на просадочных грунтах. Характеристики просадочности грунтов.

Общие сведения о просадочных грунтах

Главная отличительная особенность просадочных грунтов заключается в их способности в напряженном состоянии от собственного веса или внешней нагрузки от фундамента давать при замачивании дополнительные осадки, называемые просадками.

К просадочным грунтам относятся лессовидные супеси и суглинки, иногда оструктуренные мелкие и пылеватые пески, а так же насыпные грунты. Все они объедены в один тип грунтов и называются лессовидными грунтами.

Просадочные грунты на территории России занимают около 15%. Особенно широко они распространены в Забайкалье, Северном Кавказе и Западной Сибири. Мощность просадочных толщь грунтов доходит до 25…30 м.

Основными внешними признаками лессов является макропористость структуры содержание большого количества пылеватых частиц и их агрегатность. Под макропористостью грунтов следует понимать наличие в них видимых на глаз пор, размеры которых значительно превышают размеры минеральных зерен.

Существует несколько гипотез происхождения лессовидных грунтов. Наиболее распространенная – эоловая гипотеза Обручева и почвенная гипотеза Берга.

Свойства просадочных грунтов обусловлены их естественной недоуплотненностью и недоувлажненностью. Степень влажности (s_r) природных лессовых грунтов обычно меньше 0.8. Поскольку недоуплотненность и недоувлажненность в разных грунтах выражены неодинаково, различной будет и степень проявления просадочных свойств грунта. Величина просадки зависит как от степени просадочности грунтов, так и от мощности всей просадочной толщи и степени ее увлажнения.

Грунтовые условия строительных площадок, сложенных просадочными грунтами, в зависимости от возможности проявления просадки грунтов подразделяются на два типа. При проектировании фундаментов на просадочных грунтах должен быть установлен тип грунтов по просадочности.

Первый тип по просадочности – такие просадочные грунты, когда просадка s_sl грунта происходит в основном в пределах деформируемой зоны основания от внешней нагрузки, а просадка от собственного веса грунта практически отсутствует или не превышает 5 см.

Второй тип просадочности – когда просадка происходит преимущественно в нижней части просадочной толщи. При наличии внешней нагрузки просадка происходит помимо этого и в верхней части просадочной толщи.

Тип грунтовых условий по просадочности определяется на основе лабдраторных исследований или в полевых условиях путем замачивания грунтов в опытных котлованах.

Количественными показателями, характеризующими просадочные свойства грунтов являются:

- относительная просадочность e_sl - относительное сжатие грунтов при заданном давлении после их замачивания;

- начальное просадочное давление p_sl - минимальное давление, при котором проявляются просадочные свойства грунтов при их полном водонасыщении;

- начальная просадочная влажность w_sl - минимальная влажность, при которой проявляются просадочные свойства грунтов.

Относительная просадочность грунта e_sl определяется из лабораторных компрессионных испытаний методом одной или методом двух кривых [24]. Грунты относятся к просадочным при относительной просадочности e_sl ≥0.01. За начальное просадочное давление принимается давление, при котором e_sl = 0.01.

Основные положения проектирования оснований и фундаментов на просадочных грунтах

При проектировании фундаментов на просадочных грунтах должны быть установлены: тип грунтовых условий по просадочности; относительная просадочность; начальное просадочное давление; начальная просадочная влажность; модули деформаций в естественной влажности и при водонасыщении; параметры прочности (угол внутреннего трения и удельное сцепление) при естественной влажности и при водонасыщении.

Деформация оснований фундаментов мелкого заложения определяется суммированием осадок и просадок исходя из условия:

s + s_sl ≤ s_u , (8.1)

s - осадки основания определяются без учета просадочных свойств грунтов исходя из деформационных характеристик грунтов природной влажности (см. раздел 3);

s_sl – величина деформации основания, вызванная просадкой грунта;

s_u – предельно допустимая величина деформации основания.

Величина предельно допустимой осадки s_u составляет обычно несколько сантиметров 5…10 см. Величина же просадок в просадочных грунтах при их значительной мощности от внешней нагрузки и собственного веса достигает до одного метра и более. Просадки возникают тогда, когда основания под зданием или сооружением замачиваются за счет аварийного замачивания в период их эксплуатации. В последнее время проблема строительства на просадочных грунтах сильно осложнилась. Дело в том, что с интенсивной застройкой территорий, особенно в крупных городах начал повсеместно наблюдаться подъем уровня грунтовых вод и просадочные грунты, бывшие ранее пониженной влажности, оказываются частично или полностью замоченными.

При расчете необходимо проверять, чтобы давление под подошвой фундаментов не превышало расчетного сопротивления грунтов (3.6), (3.38). Если предполагается уплотнение или закрепление грунтов, расчетное сопротивление R определяется с использованием характеристик φ₁₁ и с₁₁, полученных при испытании уплотненных или закрепленных грунтов.

Величину просадки основания от внешней нагрузки и собственного веса грунта определяют по величине относительной просадочности [22]. Для этой цели строят эпюры суммарных напряжений под подошвой фундамента от собственного веса грунта _zg и от давления фундамента p_z, а также график изменения начального просадочного давления p_sl,z по глубине просадочной толщи (рис. 8.1). Просадочная толща разбивается на отдельные слои h_i не более 2 м.

(8.2) где

_sl,i — относительная просадочность грунта для выделенного i-го слоя, определяемая опытным путем, при давлении p_i, равном сумме давлений от фундамента и собственного веса грунта в середине слоя толщиной h_i;

_{ksl,i — коэффициент условий работы основания.}

Рис. 8.1 Схема эпюр Pg , σz и Psl для определения просадки фундамента в лессовой толщи

_{Коэффициент ksl,i корректирует условность методики лабораторных испытаний грунтов на просадочность и учитывает особенность просадки грунтов от нагрузки. Этот коэффициент назначается по формуле, выведенной в результате статистической обработки штамповых испытаний замоченных просадочных грунтов. При ширине подошвы фундаментов более 12 м. ksl,I принимается равным единицы для всех слоев грунта в пределах зоны просадки, а при ширине подошвы фундамента меньше 3 м вычисляется по формуле:}

(8.3) где p — среднее давление фундамента на грунт в плоскости его подошвы;

p_sl,i — начальное просадочное давление i-го слоя грунта;

p₀ – давление, равное 100 кПа.

При ширине подошвы 3 < b < 12 м – определяется по интерполяции между значениями _{ksl,I , полученными при b = 3 м и b = 12 м.}

Суммирование по формуле (8.2) выполняют до уровня залегания непросадочных грунтов с _sl < 0,01.