59(40). Характеристики просадочных свойств грунтов. Методика расчета осадки основания. Фундаменты на просадочных грунтах.

Среди большого разнообразия грунтов, с которыми приходится иметь дело строителям, особые затруднения вызывают структурно неустойчивые просадочные грунты, у которых в обычных условиях, но при некоторых добавочных физических воздействиях резко нару­шается структура, что обусловливает значительное ухудшение их физико-механических свойств, увеличение осадок, уменьшение несу­щей способности и пр.

Значительные осадки при нарушении структуры этого вида грун­тов обусловлены также тем, что в природных условиях они часто бывают недоуплотненньши. К таким грунтам можно отнести в первую очередь лёссовые грунты и мерзлые.

Грунты, у которых при незавершенной консолидации образова­лись структурные связи, препятствующие в данных условиях даль­нейшему их уплотнению, относятся к недоуплотненным грунтам. Эти грунты при соответствующих добавочных воздействиях могут стать структурно неустойчивыми и при разрушении ранее возникших структурных связей доуплотняться, что вызовет их значительные осадки.

Местные быстро протекающие осадки недоуплотненных структурно неустойчивых грунтов, обусловленные резким изменением их струк­туры и сопровождающиеся обычно выдавливанием образовавшихся текучепластичных масс в стороны от местного воздействия, носят название просадок, а грунты, обладающие этими свойствами, отно­сятся к категории структурно неустойчивых просадочных грунтов. Такими будут лёссовые грунты при замачивании их под нагрузкой; сильнольдистые мерзлые и вечномерзлые грунты при оттаивании, а также органо-минеральные илы при быстром нагру-жении, когда скорость возникновения новых водно-коллоидных связей будет меньше скорости разрушения уже существующих связей, и, наконец, рыхлые слабые пески при воздействии на них вибраций, вызывающих гидродинамические напоры и значительное уменьшение трения между контактами минеральных частиц.

Существенным показателем физико-механических свойств струк­турно неустойчивых глинистых грунтов является их структурная прочность и изменение ее под влиянием внешних воздействий (зама­чивания, оттаивания, вибраций и т. п.), обусловливающее просадку под нагрузкой.

Обычно просадочность грунтов оценивается так называемой отно­сительной просадочностью, определяемой выражением

где h_p — высота образца грунта ненарушенной структуры (испыты­ваемого без возможности бокового расширения при давлении р, равном давлению от действия внешней нагрузки и собственного веса вышележащих слоев грунта); hp — высота образца того же грунта при нагрузке р, подвергнутого воздействию, нарушающему его струк­турную прочность (замачивание лёссовых, оттаивание мерзлых грун­тов и т. п.).

Если величина относительной просадочности е_пр ^ 0,02, то такие структурно неустойчивые грунты относят к категории просадочных.Формулу можно переписать в виде

Однако при не очень больших давлениях (до 2— 2,5 кгс/см² для лёссовых грунтов при замачивании и до 2,5—4 кгс/см² для мерзлых и вечномерзлых грунтов при их оттаивании) кривые изменения относительной деформации при просадке могут быть описаны:

где А_о — начальный параметр прямолинейной зависимости е_пр == = / (р), называемый коэффициентом просадки лёссовых грунтов и коэффициентом оттаивания мерзлых и вечномерзлых грунтов; m_v — угловой коэффициент прямой, характеризующей относительную сжимаемость грунтов в процессе просадки.

Уравнение кладется в основу расчета просадок лёссовых и сильнольдистых вечномерзлых грунтов.

Величины коэффициентов А_о и m_v могут быть определены по ре­зультатам испытаний двух монолитов-близнецов на компрессию при просадке или (по специальной методике) по результатам испытания даже одного монолита грунта.

Компрессионные кривые для просадочных структурно неустойчивых грунтов отличаются от обычных компрессионных кривых тем, что в процессе просадки, возникающей при определенных воздействиях, скачкообразно изменяется коэффициент пористости грунта, и плавность компрессион­ной кривой претерпевает разрыв.

Согласно произведенным испытаниям на компрессионных кри­вых (рис.11.34), следует различать три области деформирования просадочных грунтов: область ab, соответствующую сжатию грунта в ненарушенном состоянии; область be, характеризующую просадку грунтов, и область ей — уплотнение просевшего грунта с нарушенными структурными связями; при этом наибольшая деформация грунта будет во второй области — области просадок.

Рис. 11.34. Компрессионные кривые структурно неустойчивых грунтов:

а — лёссовый грунт при замачивании; б — мерзлый грунт при оттаивании; в- рыхлый песок при вибрации

П росадочность лёссовых и вечномерзлых грунтов можно устано­вить как при соответствующих испытаниях на компрессию (наличие скачка в изменении коэффициента пористости при испытании вначале в естественном без нарушения структурных связей, а далее — при характерном для данного вида грунта внешнем воздействии, разру­шающем структурные связи), так и с помощью пробной нагрузки.

Физико-механические свойства лёссовых грунтов, как указыва­лось ранее, при замачивании в процессе просадки резко изменяются: сопротивление их сдвигу снижается в несколько раз, что обусловливает значительное уменьшение несущей способности замоченных лёссо­вых грунтов и выдавливание нарушенных бесструктурных масс грунта под нагрузкой.

Пассивными мерами борьбы с просадочностью сооруже­ний на лёссовых грунтах является заложение подошвы фундаментов ниже просадочной толщи (если это технически возможно), что вызывает применение свайных и столбчатых фундаментов глубокого заложения (порядка 6—20 м).

Активные меры борьбы с просадочнсстью лёссовых грун­тов сводятся к химическому их закреплению по методу силикатиза­ции или обжигу несущих объемов грунта с помощью специальных установок, а также применению трамбованных грунтовых свай из за­ранее замоченного по особой технологии того же лёссового грунта. Все эти приемы описываются в курсах оснований и фундаментов.

Особенности возведения фундаментов в просадочных грунтах

При проектировании фундаментов надо знать тип толщи лёссовых грунтов по просадочности и глубину, в пределах которой грунты обладают просадочностью при давлениях, возникающих в основании.

При типе 1 толщи лессовых грунтов по просадочности под действием собственного веса и мощности ее не более 5м для устранения просадочности применяют:

• Снижение давления по подошве фундаментов малоэтажных зданий до величины, при которой в основании на всех глубинах просадочной толщи напряжение меньше начального просадочного давления

• Уплотнение грунтов тяжелыми трамбовками

• Устройство уплотненной подушки из местного грунта

• Изготовление коротких набивных свай

• Устройство набивных фундаметнов в вытрамбованных котлованах

• Забивка железобетонных свай с прорезкой всей просадочной толщи грунтов и передачей давления на подстилающие непросадочные грунты

При типе 2 толщи лессовых грунтов по просадочности для устранения ее применяют:

• Прорезку просадочной толщи забивными железобетонными сваями

• Устройство буронабивных свай с уширенной пятой

• Закрепление грунтов.

Уплотнение грунтов грунтовыми сваями