15.6. Фундаменты на засоленных грунтах

Проблема строительства на засоленных грунтах стала особенно актуальной в последние годы в связи с тем, что в результате интенсивной мелиорации засушливых районов большие площади ранее маловлажных засоленных грунтов оказались обводненными. Маловлажные и сухие грунты при увлажнении резко изменяют свои прочностные, деформационные и фильтрационные свойства вслед­ствие выноса солей. Развиваются также процессы вторичного засо­ления, повышается засоленность поверхностных слоев грунта. Сложность строительства на засоленных грунтах обусловлена и тем, что деформации зданий и сооружений происходят как в про­цессе их возведения, так и эксплуатации, часто проявляются в виде резкой просадки.

Рис. 15.15. Изменение модуля общей деформации глинистых засоленных грунтов при повышении влажности (а) и выщелачивании

солей (б)

На рис. 15.15 показано влияние изменения влажности засолен­ных грунтов и выщелачивания солей на модуль деформации. Видно, что при естественной влажности (w = 0,08) и природном содержании солей (d_o = 5,7 %) рассматриваемые грунты имеют высокий модуль деформации. Снижение модуля деформации при увеличении влаж­ности или выщелачивании солей достигает 4...10 раз и более. Анало­гичные закономерности проявляются в изменении прочности засо­ленных грунтов. При проведении сдвиговых испытаний грунтов естественной влажности и после удаления солей (рис. 15.16) отмеча­ется снижение сцепления и значительное уменьшение угла внутрен­него трения.

Ухудшение механических свойств засоленных грунтов при их увлажении и выщелачивании приводит к снижению несущей способ­ности и росту деформативности оснований.

Известно много случаев аварий и деформаций сооружений, по­строенных на засоленных грунтах, которые происходили либо в ре­зультате потери устойчивости фундаментов при обводнении основа­ний, либо в результате коррозионного разрушения материала фун­даментов и подвальных частей сооружений. Большое количество кирпичных 4- и 5-этажных жилых зданий было разобрано в Сызра­ни, где сильнозасоленные грунты залегают на глубине 10...12 м. После строительства канала Иртыш — Караганда в поселках Мир­ный и Казахстан, которые находились в нескольких километрах от трассы канала, более 50 зданий деформировалось, а некоторые из них пришлось разобрать.

Согласно СН 225 - 79, территории, сложенные засоленными грунтами, отнесены к категории сложных, и инженерные изыскания под строительство на этих территориях выполняются по специаль­ным программам. При этом должны быть установлены условия залегания грунтов, качественный и количественный состав солей, дан прогноз фильтрационных процессов. При исследовании механи­ческих свойств дополнительно определяют относительное суффозионное сжатие _sf и начальное давление суффозионного сжатия p_sf.

Относительное суффозионное сжатие часто находят по резуль­татам компрессионно-фильтрационных испытаний при давлениях p₁, значения которых увязываются с напряженным состоянием ос­нований:

_sf = (h' - h'') / h_o (15.23)

где h' - высота образца после полного водонасыщения при давле­нии, равном сумме природного и дополнительного, т. е. p₁ = _zp + _zg; h" — высота образца после выщелачивания солей при давлении р₁; h_o — высота образца природной влажности при давле­нии, равном природному р_o = _zg .

За начальное давление суффозионного сжатия p_sf принимается давление, при котором _sf = 0,01.

Осадка естественных оснований определяется как для обычных незасоленных грунтов с использованием деформационных харак­теристик грунтов естественной влажности.

При возможности замачивания основания определяются суффозионные деформации (осадки, разности осадок, крены и т. п.). При этом вводится понятие зоны суффозионной осадки Н_c, ограничиваемой глубиной, где суммарные вертикальные напряже­ния от нагрузки фундамента и собственного веса грунта равны начальному давлению суффозионного сжатия, т. е. _zp + _zg = p_sf . В пределах этой зоны производится разбивка основания на элемен­тарные слои, как и в методе послойного суммирования, и суффозионная осадка определяется по формуле

_sf = _{sf, i} h_i (15.24)

где _{sf, i} — относительное суффозионное сжатие грунта i-го слоя при давлении p = _{zp, i} +_{zg, i} ; h_i — толщина i-го слоя; п — количество элементарных слоев. Расчетное сопротивление R основания, сложенного засоленными грунтами, при возможности длительного замачивания и выщелачи­вания солей вычисляется по формуле (9.5) с использованием про­чностных характеристик, полученных для водонасьпценных грунтов после выщелачивания солей.

При расчетных деформациях оснований, превышающих предель­ные, или недостаточной несущей способности основания предусмат­риваются специальные мероприятия.

Естественные основания на засоленных грунтах. При использова­нии засоленных грунтов в качестве естественных оснований необ­ходимо принять меры по предотвращению замачивания основания,

размыва грунтов поверхностными водами, нарушения грунтов дна котлована строительными механизмами и транспортными средст­вами. Планирование территории делается таким образом, чтобы исключалось попадание поверхностных вод в котлован и впоследст­вии под фундаменты. Особое внимание следует уделять предотв­ращению утечек воды из сетей водопровода, канализации и т. п. Указанные водозащитные мероприятия оказываются обычно до­статочными при строительстве на маловлажных засоленных гли­нистых грунтах твердой и полутвердой консистенции, в которых в основном содержатся среднерастворимые соли, а содержание легкорастворимых не превышает 0,3 %.

Устройство искусственных оснований. Выбор методов устройства искусственных оснований на засоленных грунтах зависит от степени их водонасыщения. В водонасыщенных засоленных грунтах, залега­ющих на глубине до 7 м, применяются песчаные подушки, вер­тикальные дрены, песчаные сваи.

В маловлажных засоленных грунтах используются следующие методы. При степени влажности грунтов менее 0,7 устраивают грунтовые подушки с минимальной толщиной 0,8 м. Материал подушки тщательно уплотняется и служит одновременно экраном, предотвращающим попадание воды под фундамент. В качестве материала подушек используют местные пылевато-глинистые неза­соленные грунты, имеющие обычно после уплотнения следующие характеристики: E = 20...25 МПа;  = 20...31°; с = 0,02...0,05 МПа.

Для глубинного уплотнения устраивают грунтовые сваи, рас­полагаемые, как правило, на расстоянии 1,8...3,2 м. Уплотнение грунтовыми сваями производится в пределах всей толщи засолен­ных грунтов с предварительным их замачиванием.

При значительной толще засоленных маловлажных грунтов воз­можно их уплотнение предварительным замачиванием из котлована или через скважины. Поскольку засоленные грунты начинают уп­лотняться под действием собственного веса с определенной глуби­ны, верхний слой обычно доуплотняют тяжелыми трамбовками, грунтовыми сваями или устраивают грунтовые подушки.

Прорезку засоленных грунтов столбчатыми фундаментами целе­сообразно производить при толщине слоя не более 4...5 м. Заглубле­ние фундаментов в нижележащие грунты должно составлять не менее 0,2...0,3 м.

При толщине слоя более 4...5 м рекомендуется устройство фун­даментов из забивных или набивных свай. Заглубление свай в несу­щий слой должно составлять от 50 см (скальные и полускальные грунты, плотные пески) до 3 м (пески, глины и т. п.) Так как среднерастворимые соли часто залегают в виде больших друз, прослоек, при погружении свай целесообразно применять тяжелые молоты либо использовать при погружении лидирующие скважины.

При устройстве фундаментов под тяжелые сооружения или в особо сложных условиях используют опускные колодцы.

В необходимых случаях возможно применение конструктивных мероприятий, направленных на увеличение жесткости сооружений или снижение их чувствительности к неравномерным деформациям.

Предупреждение солевой коррозии материалов фундаментов и ограждающих конструкций является обязательной мерой при строительстве на засоленных грунтах. В большинстве случаев эф­фективным и простым способом защиты подземных частей соору­жений от солевой коррозии являются защитные покрытия на основе черных органических вяжущих и искусственных смол, полимерные пленочные, а также рулонные гидроизоляционные материалы. Воз­можные конструктивные решения были рассмотрены в § 14.4.

При строительстве зданий и сооружений на маловлажных засо­ленных грунтах разрабатывается специальный проект организации работ нулевого цикла, предусматривающий комплекс водозащит­ных мероприятий для исключения обводнения котлована и грунтов основания. Водозащитные мероприятия также должны осуществ­ляться и в процессе эксплуатации зданий и сооружений.