3.5. Нормативные и расчетные значения характеристик грунтов

Основными параметрами механических свойств грунтов, определяющими несущую способность оснований и их деформации, являются прочностные и деформационные характеристики грунтов - угол внутреннего трения φ, удельное сцепление с, модуль деформации дисперсных грунтов Е, предел прочности на одноосное сжатие скальных грунтов R_с.

Характеристики грунтов природного сложения, а также искусственного происхождения определяются, как правило, на основе их непосредственных испытаний в полевых или лабораторных условиях.

На основе статистической обработки результатов испытаний по методике, изложенной в ГОСТ 20522-96 [21] устанавливают нормативные и расчетные значения характеристик грунтов.

Расчетные значения характеристик грунтов φ, с и γ для расчетов по несущей способности обозначают φ_I, с_I и γ_I, а по деформациям – φ_II, с_II и γ_II.

Все расчеты оснований должны выполняться с использованием расчетных значений характеристик грунтов Х, определяемых по формуле

, (1)

где Х_n - нормативное значение данной характеристики;

γ_g - коэффициент надежности по грунту.

Коэффициент надежности по грунту при вычислении расчетных значений прочностных характеристик (φ, с, γ, R_c) устанавливают в зависимости от изменчивости этих характеристик, числа определений и значения доверительной вероятности α [21]. Для прочих характеристик грунта допускается принимать γ_g равным 1.

4. Проектирование фундаментов мелкого заложения на естественном основании

4.1. Выбор глубины заложения фундаментов

Основания, подвергающиеся сезонному промерзанию и оттаи­ванию должны проектироваться с учетом морозного пучения грунтов заключающегося в том, что влажные тонкодисперсные грунты при проме­рзании способны деформироваться - увеличиваться в объеме вследствие перехода воды в лед и образования ледяных линз прослойков и т.п. При последующем оттаивании в этих грунтах происходит обратный процесс, сопровождающийся их разуплотнением осадкой и снижением несущей способности.

Морозное пучение выражается, как правило, в неравномерном поднятии промерзающегося грунта причем напряжения и деформации возникающие в процессе пучения оказывают существенные воздействия на фу­ндаменты и наземные конструкции сооружений.

При назначении глубины заложения фундаментов исходя из условий возможного воздействия морозного пучения грунтов на эксплуата­ционную надежность сооружений следует учитывать большое влияние на интенсивность этого процесса таких факторов как зерновой состав и плот­ность грунта его влажность и глубина залегания подземных вод температурный режим в период промерзания, а также нагрузка, передаваемая на фундамент. В зависимости от указанных факторов все грунты подразделя­ются на пучинистые и непучинистые.

При влажности грунтов выше расчетного значения к пучинистым относятся все глинистые грунты пески мелкие и пылеватые а также крупно­обломочные грунты с пылевато-глинистым заполнителем.

Глубина заложения фундаментов d_f должна приниматься с учетом:

1. назначения и конструктивных особенностей проектируемого сооружения, нагрузок и воздействий на его фундаменты;

2. глубина заложения фундаментов примыкающих сооружений, а также глубины прокладки инженерных коммуникаций;

3. существующего и проектируемого рельефа застраиваемой территории;

4. инженерно-геологических условий площадки строительства (физико-механических свойств грунтов, характера напластований, наличия слоев, склонных к скольжению, карманов выветривания, карстовых полостей и пр.);

5. гидрогеологических условий площадки и возможных их изменений в процессе строительства и эксплуатации сооружения;

6. возможного размыва грунта у опор сооружений, возводимых в руслах рек (мостов, переходов трубопроводов и т.п.);

7. глубины сезонного промерзания.

Нормативная глубина сезонного промерзания грунта принимается равной средней из ежегодных максимальных глубин сезонного промерзания грунтов (по данным наблюдений за период не менее 10 лет) на открытой, оголенной от снега горизонтальной площадке при уровне подземных вод, расположенном ниже глубины сезонного промерзания грунтов.

Нормативную глубину сезонного промерзания грунта d_fn, при отсутствии данных многолетних наблюдений следует определять на основе теплотехнических расчетов. Для районов, где глубина промерзания не превышает 2,5 м, ее нормативное значение допускается определять по формуле

(2)

где M_t - безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе, принимаемых по СНиП [12], а при отсутствии в них данных для конкретного пункта или района строительства - по результатам наблюдений гидрометеорологической станции, находящейся в аналогичных условиях с районом строительства;

d₀ - величина, принимаемая равной, м, для:

- суглинков и глин - 0,23;

- супесей, песков мелких и пылеватых - 0,28;

- песков гравелистых, крупных и средней крупности - 0,30;

- крупнообломочных грунтов - 0,34.

Значение d₀ для грунтов неоднородного сложения определяется как средневзвешенное в пределах глубины промерзания.

Расчетная глубина сезонного промерзания грунта d_f, м, определяется по формуле

(3)

где d_fn - нормативная глубина промерзания;

k_h - коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения, принимаемый: для наружных фундаментов отапливаемых сооружений - по табл. 1приложения В; для наружных и внутренних фундаментов неотапливаемых сооружений -k_h = 1,1, кроме районов с отрицательной среднегодовой температурой.

Расчетная глубина промерзания должна определяться теплотехническим расчетом и в случае применения постоянной теплозащиты основания, а также, если тепловой режим проектируемого сооружения может существенно влиять на температуру грунтов (холодильники, котельные и т.п.).

Глубина заложения фундаментов отапливаемых сооружений по условиям недопущения морозного пучения грунтов основания должна назначаться:

а) для наружных фундаментов (от уровня планировки) по табл. 2приложения В;

б) для внутренних фундаментов - независимо от расчетной глубины промерзания грунтов.

При назначении глубины заложения фундаментов исходя из условий возможного воздействия морозного пучения грунтов на эксплуата­ционную надежность сооружений следует учитывать большое влияние на интенсивность этого процесса таких факторов как зерновой состав и плот­ность грунта его влажность и глубина залегания подземных вод температурный режим в период промерзания а также нагрузка передаваемая на фундамент. В зависимости от указанных факторов все грунты подразделя­ются на пучинистые и непучинистые.

При влажности грунтов выше расчетного значения к пучинистым относятся все глинистые грунты пески мелкие и пылеватые а также крупно­обломочные грунты с пылевато-глинистым заполнителем.

Пучинистые грунты характеризуются

• величиной (деформацией) морозного пучения h_f представляющей высоту поднятия поверхности слоя промерзающего грунта

• относительным пучением f определяемым по формуле

(4)

где - слой промерзающего грунта подверженного морозному пучению.

По степени морозоопасности все пучинистые грунты подразделяются па пять групп приведенных в табл. 3 приложения В. Принадлежность глинистого грунта к одной из групп оценивается параметром R_f определяемым по формуле

(5)

где- влажности в пределах слоя промерзающего грунта соответствующие природной на границах раскатывания и текучес­ти доли единицы

- расчетная критическая влажность ниже значения которой прекращается перераспределение влаги в промерзающем грунте доли единицы определяется по графику рис. 1

- безразмерный коэффициент численно равный при открытой поверхности промерзающего грунта абсолютному значению среднезимней температуры воздуха определяется так же как и коэффициент .

Пример 4.1 Определять степень морозоопасности суглинка в г. Загорске Московской обл. имеющего следующие водно-физические характеристикит/м³ и коэффициент.

По рисунку 1 определим критическую влажность. Прии по формуле (5) рассчитаем .

С учетом т/м³ .

Согласно данным табл. 3 приложения В исследуемый суглинок является среднепучи­нистым грунтом.

Глубину заложения наружных фундаментов допускается назначать независимо от расчетной глубины промерзания, если:

• фундаменты опираются на пески мелкие и специальными исследованиями на данной площадке установлено, что они не имеют пучинистых свойств, а также в случаях, когда специальными исследованиями и расчетами установлено, что деформации грунтов основания при их промерзании и оттаивании не нарушают эксплуатационную пригодность сооружения;

• предусмотрены специальные теплотехнические мероприятия, исключающие промерзание грунтов.

Рис. 1. Значение критической влажностив зависимости от числа пластичностии границы текучестигрунта

Глубину заложения наружных и внутренних фундаментов отапливаемых сооружений с холодными подвалами и техническими подпольями (имеющими отрицательную температуру в зимний период) следует принимать по табл. 2приложения В, считая от пола до подвала или технического подполья.

Глубина заложения наружных и внутренних фундаментов неотапливаемых сооружений должна назначаться по табл. 2приложения В, при этом глубина исчисляется: при отсутствии подвала или технического подполья - от уровня планировки, а при наличии - от пола подвала или технического подполья.

В проекте необходимо предусмотреть мероприятия, не допускающие увлажнения грунтов основания, а также промораживания их в период строительства.

Для предохранения пучинистых грунтов в период строительства от избыточного увлажнения в проекте следует предусматривать до возведения фундаментов необходимые мелиоративные мероприятия ограждение котлованов нагорными канавами планировку территории со стоком воды по канавам или лоткам. При высоком уровне подземных вод рекомендуется применять водопонижение дренажные устройства и пр.

Способы предохранения пучинистых грунтов от промерзания в период строительства зависят от конструктивных особенностей сооружения степени его завершения строительством и наличия на месте материалов и средств теплозащиты. Рекомендуются для теплозащиты опилки шлаки и другие промышлен­ные отходы пригодные для теплоизоляции а при временной консервации строек в зимний период - отложения снега. В зданиях не сданных в эксплуатацию для предохранения от промерзания пучинистого грунта рекомендуется предусмотреть временное отоп­ление помещений примыкающих к фундаментам.

Выбор мероприятий во всех случаях должен быть технико-экономичес­ки обоснован.

Фундаменты сооружения или его отсека должны закладываться на одном уровне. При необходимости заложения соседних фундаментов на разных отметках (см. рис. 2) их допустимую разность h, м, определяют исходя из условия

, (6)

где a - расстояние между фундаментами в свету, м;

φ_I, с_I - расчетные значения угла внутреннего трения, град., и удельного сцепления, кПа (по первой группе предельных состояний);

p - среднее давление под подошвой вышерасположенного фундамента от расчетных нагрузок (для расчета основания по несущей способности), кПа.

Рис. 2. Устройство фундамента на разных отметках

При проектировании сборных ленточных фундаментов уступы устраиваются за счет использования доборных блоков. Высота уступа в связных грунтах не должна превышать 0,6 м, а в песчаных грунтах - высоты фундаментной подушки. В слоистых основаниях все фундаменты предпочтительно возводить на одном грунте или на грунтах с одинаковыми прочностными и деформационными свойствами.